EST | 宏基因组学揭示了稻田土壤中厌氧亚砷酸盐氧化和硝酸盐还原过程中细菌群落和功能基因的响应

推荐：江舜尧

编译：Jione、song

编辑：小菌菌

广东省生态环境科学技术研究所农业环境污染综合治理重点实验室李晓敏等人于2019年11月27日在环境顶级期刊EnvironmentalScience＆Technology上发表题目为《Bacterial communities and functional genes stimulated during anaerobic arsenite oxidation and nitrate reduction in a paddy soil》的文章，该研究将更好地理解淹水稻田中砷和氮转化过程中关键细菌及基因的响应。

文章摘要

研究背景：当稻田土壤被砷污染时，与硝酸盐（NO₃^-）还原相关的微生物砷（As（III））氧化可能是降低砷生物利用度和对水稻的毒性的重要过程。然而，在未受污染的土壤中，人们对硝酸盐还原条件下细菌群落和功能基因对As（III）的反应了解甚少。

方法：本文利用As（III）和/或NO₃^-建立了厌氧稻田土壤微观系统，以研究在As（III）氧化和硝酸盐还原过程中如何刺激细菌群落及其功能基因。

结果：硝酸盐的添加大大促进了As（III）微生物向As（V）的氧化，而硝酸盐的还原不受As（III）添加的影响。宏基因组学分析显示，硝酸盐削减的细菌主要与假单胞菌属有关，并具有narG、nirS和norBC基因。推定的As（III）氧化细菌主要是固氮弧菌属。在其基因组中检测到As（III）氧化酶基因aioA和aioB，它们也具有完整的反硝化基因集（主要是napA，nirK和nosZ）。定量PCR分析证实了通过添加As（III）增强了固氮菌属物种的aioA和nosZ基因表达。

结论：本研究结果表明固氮假单胞菌属和假单胞菌属相关种的重要性，两者都显示了砷和氮生物地球化学的各种生理生态特征，在水稻土壤中耦合了As（III）氧化和硝酸盐还原过程。

文中重要图片说明

图1 | 溶解的As(III) (a), As(V) (b), NO3- (c), NO2- (d), N2O (e)，以及N产物与NO3-的比例(f)浓度随时间的变化情况

图2 | 宏基因组分析bins中与砷相关基因的相对丰度(a)及基因的分类(b)。

图3 | 宏基因组分析bins中与氮相关基因的相对丰度(a)及基因的分类(b)。

图4 | 固氮弓菌属Azoarcus spp. (a), nosZ (b), aioA genes (c)的拷贝数随时间的变化情况

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