Метагеномный анализ осадков карстового меромиктического озера Черный Кичиер выявил большое количество некультивируемых Thermoplasmatota

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведены исследования микробного сообщества донных осадков карстового озера Черный Кичиер. Осадки характеризовались высоким содержанием сероводорода, растворенного метана, а также органического вещества. Прямые измерения с применением радиоизотопов показали высокую интенсивность микробных процессов деструкции органического вещества. В микробном сообществе найдены некультивируемые археи филума Thermoplasmatota. Анализ метагенома выявил представителей пяти порядков — Methanomassiliicoccales, Thermoprofundales (первое название Marine Benthic Group D и DHVEG-1), DTX01, SG8-5 и Candidatus Gimiplasmatales (бывший UBA10834). Ранее считалось, что эти археи являются исключительно обитателями крайне бедных органическим веществом глубинных морских осадков. Такая находка меняет представление о роли архей пяти порядков филума Thermoplasmatota в деструкционном сегменте цикла углерода.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Кадников

Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина, ФИЦ Биотехнологии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vkadnikov@bk.ru
Россия, Москва, 117312

А. С. Саввичев

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: vkadnikov@bk.ru
Россия, Москва, 117312

И. И. Русанов

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: vkadnikov@bk.ru
Россия, Москва, 117312

А. В. Белецкий

Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина, ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: vkadnikov@bk.ru
Россия, Москва, 117312

Н. В. Пименов

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: vkadnikov@bk.ru
Россия, Москва, 117312

Список литературы

  1. Земская Т.И., Букин С.В., Ломакина А.В., Павлова О.Н. Микроорганизмы донных отложений Байкала — самого глубокого и древнего озера мира // Микробиология. 2021. Т. 90. С. 286–303.
  2. Zemskaya T.I., Bukin S.V., Lomakina A.V., Pavlova O.N. Microorganisms in the sediments of lake Baikal, the deepest and oldest lake in the world // Microbiology (Moscow). 2021. V. 90. P. 298‒313.
  3. Кузнецов С.И. Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность. Л.: Наука, 1970. 440 с.
  4. Саввичев А.С., Русанов И.И., Рогозин Д.Ю., Захарова Е.Е., Лунина О.Н., Брянцева И.А., Юсупов С.К., Пименов С.К., Дегерменджи А.Г., Иванов М.В. Микробиологические и изотопно-геохимические исследования меромиктических озер Хакасии в зимний сезон // Микробиология. 2005. Т. 74. С. 552–561.
  5. Savvichev A.S., Rusanov I.I., Zakharova E.E., Lunina O.N., Bryantseva I.A., Yusupov S.K., Pimenov N.V., Ivanov M.V., Rogozin D.Yu., Degermendzhi A.G. Microbiological and isotopic-geochemical investigations of meromictic lakes in Khakasia in winter // Microbiology (Moscow). 2005. V. 74. P. 477‒485.
  6. Саввичев А.С., Лунина О.Н., Русанов И.И., Захарова Е.Е, Веслополова Е.Ф., Иванов М.В. Микробиологические и изотопно-геохимические исследования озера Кисло-Сладкое — меромиктического водоема в Кандалакшском заливе Белого моря // Микробиология. 2014. Т. 83. № 2. С. 191–203.
  7. Savvichev A.S., Lunina O.N., Rusanov I.I., Zakharova E.E., Veslopolova E.F., Ivanov M.V. Microbiological and isotopic geochemical investigation of lake Kislo-Sladkoe, a meromictic water body at the Kandalaksha Bay shore (White Sea) // Microbiology (Moscow). 2014. V. 83. P. 56–66.
  8. Alneberg J., Bjarnason B.S., De Bruijn I., Schirmer M., Quick J., Ijaz U.Z., Lahti L., Loman N.J., Andersson A.F., and Quince C. Binning metagenomic contigs by coverage and composition // Nat. Methods. 2014. V. 11. P. 1144–1146.
  9. Baker B.J., De Anda V., Seitz K.W., Dombrowski N., Santoro A.E., Lloyd K.G. Diversity, ecology, and evolution of Archaea // Nat. Microbiol. 2020. V. 5. P. 887–900.
  10. https://doi.org/10.1038/s41564-020-0715-z
  11. Borrel G., Adam P.S., and Gribaldo S. Methanogenesis and the Wood‒Ljungdahl pathway: an ancient, versatile, and fragile association // Genome Biol. Evol. 2016. V. 8. P. 1706–1711.
  12. Capone D.G., Kiene R.P. Comparison of microbial dynamics in marine and freshwater sediments — contrasts in anaerobic carbon catabolism // Limnol. Oceanogr. 1988. V. 33. P. 725–749.
  13. Gorbunov M.Yu., Umanskaya M.V. Karst lakes of Mari Chodra National Park: stratification and vertical distribution of phototrophic plankton 4th Conference on actual problems of specially protected natural areas // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2020. V. 607. Art. 012019.
  14. https://doi.org/10.1088/1755-1315/607/1/012019
  15. Gorlenko V.M., Dubinina G.A., Kuznetsov S.I. The ecology of aquatic microorganisms. Stuttgart: E. Schweizerbartsche Verlagsbuchhandlung, 1983. 252 p.
  16. Dong X., Greening C., Rattray J.E., Chakraborty A., Chuvochina M., Mayumi D., Dolfing J., Li C., Brooks J.M., Bernard B.B., Groves R.A., Lewis I.A., Hubert C.R.J. Metabolic potential of uncultured bacteria and archaea associated with petroleum seepage in deep-sea sediments // Nat. Commun. 2019. V. 10. Art. 1816.
  17. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09747-0
  18. Han X., Schubert C.J., Fiskal A., Dubois N., Lever M.A. Eutrophication as a driver of microbial community structure in lake sediments // Environ. Microbiol. 2020. V. 22. P. 3446–3462.
  19. Hu W., Pan J., Wang B., Guo J., Li M., Xu M. Metagenomic insights into the metabolism and evolution of a new Thermoplasmata order (Candidatus Gimiplasmatales) // Environ. Microbiol. 2021. V. 23. P. 3695‒3709.
  20. Kadnikov V.V., Savvichev A.S., Mardanov A.V., Beletsky A.V., Merkel A.Y., Ravin N.V., Pimenov N.V. Microbial communities involved in the methane cycle in the near-bottom water layer and sediments of the meromictic subarctic Lake Svetloe // Antonie van Leeuwenhoek. 2019. V. 112. P. 1801–1814. https://doi.org/10.1007/s10482-019-01308-1
  21. Kadnikov V.V., Mardanov A.V., Beletsky A.V., Banks D., Pimenov N.V., Frank Y.A., Karnachuk O.V., Ravin N.V. A metagenomic window into the 2-km-deep terrestrial subsurface aquifer revealed multiple pathways of organic matter decomposition // FEMS Microbiol. Ecol. 2018. V. 94. Art. fiy152.
  22. Kuznezow S.I., Gorlenko V.M. Limnologische und Mikrobiologische Eigenschaften von Karstseen der A.S.R. Mari // Arch. Hydrobiol. 1973. V. 71. P. 475‒486.
  23. Parks D.H., Imelfort M., Skennerton C.T., Hugenholtz P., Tyson G.W. CheckM: assessing the quality of microbial genomes recovered from isolates, single cells, and metagenomes // Genome Res. 2015. V. 25. P. 1043–1055.
  24. Parks D.H., Chuvochina M., Waite D.W., Rinke C., Skarshewski A., Chaumeil P.A., Hugenholtz P. A standardized bacterial taxonomy based on genome phylogeny substantially revises the tree of life // Nat. Biotechnol. 2018. V. 36. P. 996–1004.
  25. Pimenov N.V., Bonch-Osmolovskaya E.A. 2 in situ activity studies in thermal environments // Method. Microbiol. 2006. V. 35. P. 29–53.
  26. Rinke C., Rubino F., Messer L.F., Youssef N., Parks D.H., Chuvochina M., Brown M., Jeffries T., Tyson G.W., Seymour J.R., Hugenholtz P. A phylogenomic and ecological analysis of the globally abundant Marine Group II archaea (Ca. Poseidoniales ord. nov.) // ISME J. 2019. V. 13. P. 663–675.
  27. https://doi.org/10.1038/s41396-018-0282-y
  28. Savvichev A., Rusanov I., Dvornikov Y., Kadnikov V., Kallistova A., Veslopolova E., Chetverova A., Leibman M., Sigalevich P., Pimenov N., Ravin N., Khomutov A. The water column of the Yamal tundra lakes as a microbial filter preventing methane emission // Biogeosci. 2021. V. 18. P. 2791–2807.
  29. https://doi.org/10.5194/bg-18-2791
  30. Zheng P.F., Wei Z., Zhou Y., Li Q., Qi Z., Diao X., Wang Y. Genomic evidence for the recycling of complex organic carbon by novel Thermoplasmatota clades in deep-sea sediments // Msystems. 2022. V. 7. Art. e00077–22.
  31. Zhou Z., Liu Y., Lloyd K.G., Pan J., Yang Y., Gu J.-D., Li M. Genomic and transcriptomic insights into the ecology and metabolism of benthic archaeal cosmopolitan, Thermoprofundales (MBG-D archaea) // ISME J. 2019. V. 13. P. 885–901.
  32. https://doi.org/10.1038/s41396-018-0321-8

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Состав микробного сообщества в осадках озера Черный Кичиер по результатам высокопроизводительного секвенирования фрагментов гена 16S рРНК.

Скачать (218KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Филогенетическое дерево, построенное с использованием сопоставления 53 консервативных белков, полученных из MAG Thermoplasmatota.

Скачать (321KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024