ISME | 黄石热泉的极端微生物亚硝酸盐氧化菌Chloroflexi / 四六文摘

推荐：江舜尧

编译：橙

编辑：小菌菌

德国汉堡大学微生物与生物技术系学者Eva Spieck等人于2019年10月17日在微生物生态学领域期刊ISME Journal (IF 9.493)发表题目为《Extremophilic nitrite-oxidizing Chloroflexi from Yellowstone hotsprings》的研究文章，该研究为揭示氨氧化细菌在热泉等高温生境中分布提供了重要参考价值。

文章摘要

研究背景：硝化作用作为全球氮循环的基本过程，将氨向亚硝酸盐和硝酸盐转化。近年来的研究表明NOB多样性较之前的认识更为复杂。地热生境是高活性氮循环微生物的适宜生境，目前从黄石公园热泉中分离得到的氨氧化古菌（AOA）“Candidatus Nitrosocaldus yellowstonii”，最适宜生长温度为72℃，此外嗜热氨氧化古菌Nitrosocaldus也相继报道，但尚未在这些环境中鉴定出亚硝酸盐氧化微生物，人们推测在地热泉中亚硝酸盐是通过厌氧呼吸去除的。目前通过分子检测以及Nitrospira富集，认为亚硝酸盐在高温下氧化，但温度在37～52°C的范围内。

方法：作者通过采集黄石国家公园热泉污泥样本，使用富集培养基进行嗜热硝化微生物富集，利用电子显微镜，荧光原位杂交，化学分析等手段，并提取DNA，进行功能基因扩增鉴定，克隆文库，RFLP分析以及扩增子、宏基因组测序，获悉氨氧化细菌的系统发育、nxrA功能基因的相对丰度并得到bins。

结果：通过富集培养，得到多种细菌群落，主要属于Chloroflexi门。宏基因组测序得到了假定的亚硝酸盐氧化细菌，并发现亚硝酸盐氧化主要是由bin_4完成。16s rRNA基因系统发育分析表明经富集培养后的热泉微生物群落与目前报道的地热环境中嗜热微生物高度相似。MAGs基因组注释表明Ca. Nitrocaldera等携带nxrA基因，具有亚硝酸盐氧化的潜力，培养实验表明假定的NOB是耐热的。通过与数据库中16S rRNA 序列进行对比，发现除了热泉生境这些微生物还出现在土壤、堆肥、活性污泥，多种生物的肠道等环境，表明它们适应多样的生态系统。

结论：该研究采取长期培养的方法，通过高通量测序手段发现了来自热泉环境的两个假定亚硝酸盐氧化微生物(Ca. Nitrocaldera and Ca. Nitrotheca)，两个NOB候选微生物都能在长期饥饿中存活下来，而更丰富的NOB则形成了小型化的细胞，并且具有耐热性，表明亚硝酸盐氧化可能是一种古老且广泛的节能形式。此外，通过开发新的培养基和分离策略对于研究极端生境中微生物具有重要意义。

文中重要图片说明

图1 | 16s rRNA基因系统发育分析

图2 | 混合营养NOB培养基中培养物的培养试验。a:含2.5 mM亚硝酸盐的R2A（1:10）中培养N2b（55°C，圆形）和N2b（60°C，方形）的生长。b:测定硝酸盐产量评估消耗量进行培养温度优化。

图3 | nxrA蛋白的系统发育分析。

图4 | 电子显微照片a MT1(Thermoflexus sp.),b MT2(Ca.Caldibacteryellowstonii),c MT3(Thermomicrobium sp.),d MT4 (Ca. Nitrocaldera robusta), eMT5(Ca. Nitrotheca patiens)

图5 |a荧光原位杂交技术鉴定微生物b电镜扫描c16s rRNA基因扩增序列测定OTU的相对丰度

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