神奇!沉睡了上万年的菌只需水就可以清醒(国人作品)

中科院Guibing Zhu等人于2018年11月30日在《The ISME Journal》上发表题目为《Resuscitation of anammox bacteria after >10,000 years of dormancy》的文章。该研究从干旱环境(0-63米)中选择了非常古老的土壤,添加水进行培养,进而探究厌氧菌是否可以在长时间休眠后从干燥的陆地环境中恢复,使用异构物追踪技术,功能基因表达和高通量测序分析来阐明潜在的代谢机制。

研究摘要

水对地球上的生命至关重要,是微生物能量和新陈代谢的重要媒介。休眠是在不利条件下代谢活动低的状态。许多微生物在缺水后可以转换为代谢失活状态,并且一旦环境条件再次变得有利,就会恢复。

在这里,我们通过添加水且没有任何其他基质,来恢复干燥的陆地生态系统中的休眠1万多年的厌氧氨氧化细菌。

同位素示踪分析表明水诱导的硝酸盐还原产生足够的亚硝酸盐作为底物来激活厌氧氨氧化细菌的能量。随后,异化硝酸盐还原成铵(DNRA)为厌氧氨氧化细菌提供了底物铵。形成的铵和亚硝酸盐用于生产二氮气。

高通量测序和网络分析发现Brocadia是主要的厌氧氨基酸菌种,Jettenia似乎与其他菌群相连。

在全球气候变化下,增加的降水和土壤湿度可能会恢复干旱土壤中休眠的厌氧氨氧化细菌,从而影响全球氮和碳循环。

文中主要图片说明

图1 在土壤和风化层深度6-9米(I),18-21米(II),45-48米(III),51-54米(IV),水诱导的Anammox细菌丰度(灰色柱),活性(星状图例),群落组成(饼图)和基质浓度(黑色或红色线),左侧为土壤/风化层演替。“ND”表示厌氧氨氧化物丰度低于检测限(<103拷贝g-1),并且对于厌氧氨氧化速率没有正15N同位素示踪。 数据点代表一式三份实验(平均值±SD)

图2 厌氧氨氧化菌细菌群落和内部相关机制概述。a在土壤和风化层深度为6-9米(I),18-21米(II),45-48米(III),51-54米(IV)厌氧氨氧化检测到后的群落组成。b anammox细菌群网络分析图,平均聚类系数(avgCC)为0.639。节点的颜色和形状用于系统发育类群,其大小与节点连通性成比例。蓝色表示正相互作用,灰色表示负相互作用。

图3 细菌和古菌群落的概述以及与厌氧氨氧化细菌的相关机制。厌氧氨氧化后样品中a 总细菌和丰度最大的门Proteobacteria和b 总古生菌组成的月变化。

c土壤/风化土样品在孵化期间厌氧氨氧化细菌,古菌和细菌类群的外相关网络,平均聚类系数(avgCC)为0.704。节点的颜色和形状用于系统发育类群,其大小与节点连通性成比例。 蓝色表示正相互作用,灰色表示负相互作用。

图4 灭菌培养基水培养下土壤/风化土样品中N循环微生物活性和群落的时间变化。




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