垂直异质性hydrocarbon-degrading细菌的一个核心沉积物样本中央印度洋脊
通豪1,
Zhisong崔
Guangzhu周
Junhui陈
Zongling王- 1安全与环境工程学院、山东科技大学、青岛、中国
- 2海洋生物资源与环境研究中心、重点实验室的海洋生态环境科技、海洋学研究所,中国自然资源,中国青岛
- 3海洋生态与环境科学实验室、青岛海洋科学与技术国家实验室,中国青岛
- 4国家重点实验室的模拟和调控流域水循环的中国水利水电研究所,北京,中国
碳氢化合物是无处不在的海洋环境和燃料hydrocarbon-metabolizing微生物在海洋里。许多研究已经证实,在水中微生物烃降解列和深海沉积物表面。然而,碳氢化合物的降解潜力,生物地球化学循环地下沉积物在很大程度上仍未知。在这项研究中,我们使用两种不同的碳氢化合物、正十六烷(十六进制)和甲基环己烷(妇幼保健),调查的分布和多样性hydrocarbon-consuming核心沉积物样品的细菌从中央印度洋脊(CIR),毗邻mid-ridge热液喷口在印度洋。我们观察到不同的垂直的十六进制和MCH-degrading核心沉积物中的细菌。具体来说,HEX-degrading细菌广泛分布,而MCH-degrading细菌被发现只在中间的核心的沉积物。改变的因素包括溶解氧可能影响了消费者自然分布不同的碳氢化合物。我们发现一种新的物种属的C1-B045可能扮演一个关键的角色在代谢妇幼保健CIR深部生物圈。通过氨基酸身份与发表的序列进行比较,我们决定C1-B045港口两个小说类的环己酮单氧酶参与妇幼保健的新陈代谢。本研究揭示了在深生态圈hydrocarbon-consuming微生物的结构和功能。
图形抽象
1介绍
碳氢化合物不断引入海洋环境通过天然油渗漏和人为石油泄漏,因此普遍分布在海洋。不同组合的含油原油经常会释放到海洋环境通过自然从地下水库渗流(阿特拉斯和哈森,2011年)。此外,碳氢化合物生物合成的蓝藻也贡献烷烃和烯烃(C13-C17)海洋(Schirmer et al ., 2010)。爱et al。(2021)估计全球通量的十五烷(C15)由蓝藻超过总在海洋石油输入至少100倍(爱et al ., 2021)。碱性热液系统也有助于非生物合成碳氢化合物(甚至长链烷烃C24)和其他有机化合物在水热条件下(Konn et al ., 2009;科尔曼et al ., 2017;他et al ., 2021年)。因此,对环境的影响、生物地球化学循环和海洋中碳氢化合物的命运吸引了大量的关注。微生物发挥关键作用在推动海洋油气循环(Lea-Smith et al ., 2015;LaRowe et al ., 2020;周et al ., 2020)。迄今为止,许多研究已经证实,在海洋环境微生物烃降解,包括水体和表层沉积物(元et al ., 2015;Zhang et al ., 2018)。然而,一直注意不足研究地下沉积物中碳氢化合物的生物降解。
先前的研究已经描述了在地下环境中碳氢化合物的非生物来源。McCollom和瓦尔(2001)报道称,减少有限公司2蛇纹岩化过程中产生甲烷和其他碳氢化合物abiotically (McCollom和Seewald 2001)。此外,Foustoukos和塞弗里德(2004)建议chromium-bearing矿物质催化一种费托合成碳氢化合物(甲烷、乙烷和丙烷)通过在大洋中脊热液水岩相互作用系统。abiotically产生碳氢化合物可能维持在地下环境中微生物的生长在热液区(Foustoukos塞弗里德,2004)。贝恩et al。(2015)也许还表示,碳氢化合物燃料的微生物在生物圈的深度10公里深处,除非假设life-maximum温度高于150°C (贝恩et al ., 2015)。
这个工作是中央的海洋环境印度洋脊(CIR),直接到爱德蒙和Kairei热液喷口;我们的采样站点的距离在200公里。这两个热液喷口因此,我们推测地下沉积物的地球化学背景可能会影响物质(如碳氢化合物和金属)发布从附近的热液系统(res et al ., 2015)。值得注意的是,彭et al。(2011)分析了脂肪族碳氢化合物在Kairei沉积物和发现C16和C17烷烃表现出最高浓度CIR热液字段(彭et al ., 2011)。因此,新闻调查中心地下沉积物可能房子不同的微生物受非生物碳氢化合物与热液活动有关。本研究可以提供新的见解烃地球化学循环和命运的深刻的生态圈。
本研究的目的是1)研究生物多样性,垂直分布,和退化的潜在烃的消费者的4.8米长的重力核心CIR采用两种不同的基质作为唯一碳源(正十六烷为不稳定的碳氢化合物和甲基环己烷作为顽固的碳氢化合物);2)识别关键无教养的环烷深海的消费者通过宏基因组地下沉积物;和3)探索的关键功能基因和代谢途径cycloalkane-consuming细菌来自深层的栖息地。
2材料和方法
2.1沉积物取样
沉积物样本(CIR-GC01)从2019年的新闻调查中心收集使用重力取样器在R / V Da-Yang-Yi-Hao列。采样站点(24°37′年代,68°46′E, 4034米深度)直接到爱德蒙(23°53′年代,69°36′E, 3300米深度)和Kairei(25°19′年代,70°02′E, 2415 - 2460 m深度)热液喷口。这个核心沉积物的深度大约是4.8米以下海底(mbsf)。核心子样品在不同深度沉积物,包括在0 m, 1.0 mbsf 2.0 mbsf mbsf mbsf 3.0和4.8。然后,这些次级样本被分成三个组浓缩下游实验和数据分析,即浅层(0 m和1.0 mbsf),中间一层(2.0 mbsf和3.0 mbsf)和深层(4.8 mbsf)。样本保存在船上−20°C之前丰富hydrocarbon-consuming细菌。
2.2测量碳氢化合物的核心沉积物
我们测量了碳氢化合物的沉积物所描述的核心郑et al。(2022)。更具体地说,沉积物样本由冷冻干燥24 h。接下来,5.0 g (dw)每个样本放入50毫升的石英比色管(塞)和10毫升的正己烷(≥97%)/二氯甲烷(≥99.5%)溶剂混合(1:1,v / v)增加了超声波提取。然后,上清液转移到60毫升瓶。提取过程是重复和上层的总和。之后,提取集中2毫升40°C使用旋转蒸发。最后,洗脱液净化1毫升使用N2在30 - 50毫升·分钟的流量−1。
烃浓度核心沉积物进行分析使用一个安捷伦7890 a气相色谱仪(GC)加上一个微电子捕获检测器。GC是配备了一个HP-5MS熔融石英毛细管柱。注入器和检测器的温度调整到300°C。烤箱的温度GC将开始在70°C,上升到150°C在20°C·分钟−1,然后在7°C·分钟300°C−1,最后在300°C 7分钟。高纯氦被设定为1毫升·分钟的流量−1。十六进制的浓度标准的解决方案是0,1,2,5,10 mg·L−1。妇幼保健的浓度标准的解决方案是200年,400年,500年、800年和1000年μg·L−1。每个标准都以一式三份。校准回归曲线的相关系数0.9965为十六进制和0.9942妇幼保健。上述样本中的碳氢化合物峰面积的确定根据保留时间。最后,被处理的数据确定碳氢化合物的浓度在核心沉积物使用Chemstation软件(F.01.03.2357)。
2.3浓缩hydrocarbon-degrading细菌从核心沉积物
不同hydrocarbon-degrading细菌从核心沉积物采样CIR被崔丰富按照描述的方法等。崔et al ., 2022)。两种碳氢化合物,即正十六烷(十六进制;炼金术士,纯度> 99%)和甲基环己烷(妇幼保健;阿拉丁,纯度99%),作为唯一碳源和能源,分别。0.5 g的沉积物被接种到含血清瓶150毫升的ONR7a介质(王et al ., 2008)与十六进制/修订妇幼保健(最终浓度0.23毫米/ 0.52毫米)。两个副本准备治疗。溶解氧(做)的封闭血清瓶是每天监测通过一个高度敏感的光纤氧计(Pyroscience FireStingO2)。浓缩文化是在黑暗中孵化10°C没有摇到微生物烃呼吸了在封闭血清浓度降到0μM瓶(开花hydrocarbon-consuming文化)。孵化后,微生物生物量收集过滤浓缩的文化使用0.22 -μm聚碳酸酯膜(绘画纸)和保存这些样品DNA提取前−80°C。
盛开浓缩文化被接种到上述媒体培养液体积的7% (v / v)。然后,亚文化在上述条件下,直到他们孵化绽放。的微生物生物量hydrocarbon-consuming亚文化是收集和储存如上所述。
2.4 16 s rRNA基因扩增子序列不同的hydrocarbon-degrading细菌组合
微生物DNA提取2.1中描述的核心沉积物次级样本(两个重复治疗原始细菌社区)和浓缩文化/描述的亚文化2.3(两个副本为每个hydrocarbon-spiked治疗)使用ω土壤DNA工具包(美国GAωBio-Tek, Norcross)根据制造商的协议。中提取DNA的浓度测量使用NanoDrop NC2000分光光度计(美国马热科学、沃尔瑟姆)和DNA完整性评估使用电泳0.8% (w / v)琼脂糖凝胶。
接下来,V3-V4 16 s rRNA基因区域放大用PCR引物对338 f (5 ' -ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3 ')和806 r (5“-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3”)。具体来说,PCR反应进行了一式三份使用25μL混合物包含0.25μL Q5高保真的DNA聚合酶,5×5μL反应缓冲区,5μL 5×高GC缓冲区,2μL核苷酸(10毫米),1μL每个引物(10μM),和2μL DNA模板。PCR试剂购自内和表达载体,美国。热循环由最初的变性5分钟在98°C,紧随其后的是25个循环组成的变性在98°C 30年代,退火在53°C 30年代,在72°C 45 s和扩展,最终延长5分钟72°C,然后举行12°C。
扩增子提取和纯化从2% (w / v)琼脂糖凝胶使用Axygen DNA凝胶回收试剂盒(美国联盟城市Axygen生物科学,CA)根据制造商的协议。然后,纯化扩增子与paired-end测序(PE) 250战略Illumina公司NovaSeq平台使用NovaSeq 6000 SP试剂盒根据制造商的协议在个人生物技术有限公司(上海,中国)。原始读取存入NCBI的序列读取存档(SRA)数据库下加入PRJNA876038数量。
2.5 MCH-degrading细菌宏基因组测序和分析社区
微生物的DNA MCH-degrading细菌社区从膜中提取样品(8样本来自MCH-spiked浓缩的文化和亚文化)2.3中描述使用ωMag-Bind土壤DNA工具包(美国GAωBio-Tek, Norcross)根据制造商的协议。提取的DNA(光学测量浓度> 2.5 ng·μL−1和总含量> 200 ng)使用NanoDrop NC2000分光光度计和琼脂糖凝胶电泳。接下来,库插入大小400个基点的构造使用Illumina公司TruSeq Nano metagenome鸟枪测序DNA LT图书馆准备装备。每个库测序与PE150策略在一个Illumina公司NovaSeq平台个人生物技术有限公司有限公司宏基因组的原始读取存入NCBI SRA数据库下加入PRJNA876059数量。
非目标片段被删除从原始序列使用Cutadapt (v1.17)和FASTP (v0.20.0),和清洁读取使用SortMeRNA和bmtagger获得。接下来,我们每个样品组装,无与伦比的序列,获得了叠连群使用热卖(设置没有冗余李et al ., 2015)。MetaWRAP被用来执行宏基因组装箱(https://github.com/bxlab/metaWRAP)。等位基因的排序使用MaxBin2获得最初的垃圾箱,metaBAT2,编造默认设置。一种改进本集是使用bin_refine模块生成的,那么相结合两个或三个本集通过不同的软件(或相同的软件,不同的参数)。然后,CheckM被用来评估的完整性和不完全性垃圾箱。基因组特性(蛋白编码基因和RNA)及其功能与快速带注释的注释使用子系统技术(拉斯特)注释引擎。的系统发育信息垃圾箱在GTDB-tk注释使用classify_wf模型,使用基因组分类分类基因组数据库(Chaumeil et al ., 2020)。此外,系统发育树构建直接从基因组GTDB-tk使用de_novo_wf模型。所有参数在de_novo_wf被设置为默认值。整箱的宏基因组数据集被存入NCBI数据库(加入PRJNA892034)基因库。
2.6的系统发育分析箱和妇幼保健代谢的关键基因
平均核苷酸身份(ANI)之间的系统发育关系进行了分析说明箱子使用ANI科斯塔斯实验室提供的基于网络的软件(http://enve-omics.ce.gatech.edu/ani/index)。计算器的软件估计两个箱子之间的ANI使用最佳支安打(单向ANI)和互惠的最佳打击(双向ANI)。此外,氨基酸之间的身份(AAI)分析代谢关键基因参与妇幼保健使用Clustalω(https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo/)。
2.7统计分析
统计分析使用R (v3.6) QIIME2(2021.8),和素食包(v2.5-6)。具体地说,使用QIIME2堆叠物种组成的柱状图绘制。α多样性指数与规范化的扩增子序列变异使用QIIME2表计算。)多维标度(nmd)分析呈现β多样性使用素食包。统计学意义是决定使用邓恩测试和Kruskal -沃利斯测试。最后,pheatmap包被用于可视化。
3的结果
3.1从新闻调查中心核心沉积物的地球化学特征
核心沉积物来自新闻调查中心是淡黄色的含水量46 - 58%(深层浅层)。我们检测到十六进制和妇幼保健为核心的不同深度沉积物。具体来说,十六进制的核心沉积物的浓度范围从2.33毫克公斤−13.05 mg·公斤−1。妇幼保健的核心沉积物的浓度从111.53μg·公斤不等−1591.22μg·公斤−1(图S1)。十六进制的平均浓度高于妇幼保健的6.65倍。这些碳氢化合物的来源尚不清楚。然而,我们推测它们可能来自长期沉降的过程直接影响热液活动。
3.2烃消费者来自新闻调查中心核心沉积物
我们确定微生物呼吸的碳氢化合物浓缩文化通过监控剩余的水平在孵化。初始浓度是223±14μM (n = 10)文化的浓缩与十六进制为唯一碳源(图S2A)。所有HEX-spiked浓缩文化完全消耗的氧气在中在25天内孵化(盛开文化;0μM, n = 10),表明微生物生长和呼吸在烷烃为唯一碳源。因此,HEX-degrading细菌来自不同深度的新闻调查中心核心沉积物在孵化后的浓缩文化迅速发展。
初始浓度是223±12μM (n = 10) MCH-spiked浓缩文化(图开通)。MCH-spiked浓缩的文化来源于两个浅层沉积物层(0 m和1.0 mbsf)和一个深层沉积物层(4.8 mbsf)不低于92±24μM (n = 6)后孵化(> 70天)。这些浓缩文化未能实现实质性的呼吸的碳氢化合物。相比之下,MCH-spiked浓缩文化源自两个中间沉积物层(2.0 mbsf和3.0 mbsf)开花后50天内孵化(0μM, n = 4)。因此,MCH-degrading细菌来源于中间沉积物层扩散优先在孵化后浓缩的文化。另外,我们观察到的平均孵化时间绽放文化妇幼保健治疗的长两倍的十六进制的治疗。换句话说,妇幼保健更顽固的十六进制的微生物。
初始浓度为十六进制/ MCH-spiked亚文化相媲美,浓缩的文化(数字S2C D)。孵化后,所有的HEX-spiked亚文化盛开在12天的孵化(0μM, n = 10)。同样,MCH-spiked亚文化来源于两个中间沉积物层盛开在15天的孵化(0μM, n = 4)。此外,我们观察到的孵化时间盛开MCH-spiked亚文化至少30天小于相应的浓缩的文化。
3.3生物多样性的不同hydrocarbon-degrading社区来自新闻调查中心核心沉积物
阿尔法hydrocarbon-degrading细菌群落的多样性来源于新闻调查中心核心沉积物显著降低(Kruskal -沃利斯测试,P< 0.01)比空白治疗最初的地下沉积物中细菌社区(表S1)。十六进制/妇幼保健的补充为唯一碳源和能源可能推动特定微生物的增长来自于地下沉积物和减少hydrocarbon-spiked浓缩的α多样性的文化和亚文化与原来相比细菌社区。此外,nmd的结果之间的分歧的细菌群落结构分析显示hydrocarbon-spiked治疗和空白处理(图1、压力值< 0.2)。具体来说,hydrocarbon-spiked文化表现出的细菌群落结构发生了明显变化而原始的细菌社区和情节上的两个单独的集群形成的。此外,MCH-spiked社区展出不同的细菌群落结构与建议的HEX-spiked社区ANOSIM的结果(P< 0.01,表S2),表明不同的细菌类群参与的消费不稳定/耐火地下沉积物中烃类。
图1散度不同的hydrocarbon-degrading细菌社区来自新闻调查中心核心沉积物。彩色固体符号表示的细菌群落结构不同的治疗方法。妇幼保健,methylcyclohexane-spiked浓缩的文化和亚文化;十六进制,n-hexadecane-spiked浓缩的文化和亚文化;黑色,原细菌的社区新闻调查中心核心沉积物没有添加任何碳源。
3.4不同的碳氢化合物对细菌群落动态的影响
细菌群体动力学(门级)结果表明,变形菌门和厚壁菌门hydrocarbon-degrading浓缩的文化和亚文化中主要来自新闻调查中心核心沉积物(表S3)。此外,细菌群体动力学(属级)结果表明,每组hydrocarbon-spiked细菌社区来自新闻调查中心核心沉积物存在明显的优势种(图2一个;例如,三大最丰富的属)。更具体地说,主要属HEX-degrading社区治疗的Alcanivorax,Marinobacter,假单胞菌,占77.61%的总相对丰富浓缩文化和亚文化的85.60%,分别。相比之下,主要属治疗MCH-degrading社区小说属C1-B045,Halomonas,Paenibacillus,占55.41%的总相对丰富浓缩文化和亚文化的83.34%,分别。因此,不稳定/顽固的碳氢化合物的降解是归因于不同的碳氢化合物的消费者来自相同的核心沉积物。值得注意的是,的相对丰度C1-B045急剧增加的相对丰度极低(< 0.001%)在最初的细菌社区MCH-degrading亚文化的71.99%,这意味着它在环烷分解中发挥着关键作用。
图2概要文件不同的hydrocarbon-degrading细菌社区来自新闻调查中心核心沉积物。(一)十六进制的细菌群落结构/ MCH-degrading浓缩的文化和亚文化。十大最主要属情节中所示。妇幼保健表示methylcyclohexane-spiked文化;十六进制表示n-hexadecane-spiked文化;黑色表示原始沉积物细菌社区新闻调查中心的核心没有添加任何碳源;在表示浓缩文化;SC表示亚文化。(B)分化属十六进制/ MCH-spiked治疗方法证明了一个标准化的热图。左边的树生成的情节是基于聚类的相对丰度在每个治疗前15名最具优势的属。红色表示更高的丰度,而蓝色代表低丰度。
的分化属hydrocarbon-spiked处理说明使用标准化的热图(图2 b)。具体来说,株Alcanivorax,Marinobacter,假单胞菌HEX-degrading浓缩的文化和亚文化表现出相对丰度高于其他治疗,这强化了世界性的烷烃海洋环境的消费者。值得注意的是,菌株的C1-B045,Cobetia,Halomonas,Paenibacillus,PseudoalteromonasMCH-degrading浓缩的文化和亚文化表现出相对丰度高于其它地区的治疗,建议这些细菌代谢妇幼保健的关键作用的核心沉积物。
3.5功能基因参与妇幼保健代表垃圾箱的新陈代谢和假定的降解途径
我们重建24优质metagenome-assembled基因组(杂志)(完整性> 51.72%,污染< 8.62%)由七面元宏基因组数据集来自MCH-consuming浓缩的文化和亚文化(图3;表S4)。一个24箱的分类使用GTDB-Tk作为小说属C1-B045(完整性> 55.17%,污染< 1.72%),已经之前报道的关键球员在妇幼保健分解(崔et al ., 2022)。此外,24个箱子被归类为5假单胞菌(< 4.83%)和完整性> 53.44%和污染Alcanivorax(完整性> 51.72%,污染< 8.62%),分别为。此外,另一个三个垃圾箱分为属Marinobacter(完整性> 60.34%,污染< 1.30%)。所有这些细菌之前报告为烃消费者,尽管他们能力降低环烷尚未特征。
图3最大似然树phylogenomic 24箱重建的七元基因组数据集来自MCH-consuming文化。属的垃圾箱Alcanivorax突出显示在浅紫色;属的垃圾箱Marinobacter在浅蓝色突出显示;的本属C1-B045是根据红色突出显示。
属C1-B045表现出最高的丰富MCH-consuming亚文化,暗示这可能是一个关键妇幼保健消费的中间层CIR核心沉积物(图2一个)。的基因组大小C1-B045杂志是3294068个基点,GC含量为50.2%。总共有3216个编码序列预测在这个杂志根据RASTtk注释计划(图4一)。具体来说,我们发现两份烷烃monooxygenase-like基因激活初始氧化妇幼保健的杂志C1-B045。此外,我们带注释的八份基因编码环己酮单氧酶和基因的一个副本编码6-hexanolactone水解酶C1-B045基因组。我们提出一个妇幼保健降解途径关键酶带注释的杂志的基础上C1-B045在妇幼保健的新陈代谢和中间体实验检测,包括4-methyl-2-oxepanone, 4-methylcyclohexanone, 3-methyladipic酸(多诺霍Trudgill, 1975;黄家驹et al ., 2004)(图4 b)。
图4关键基因编码为妇幼保健杂志的降解途径C1-B045来自新闻调查中心核心沉积物。(一)杂志的圆表示C1-B045。CGView地图代表编码序列(由拉斯特注释),叠连群,GC倾斜,GC含量,分别从外到内和基因组骨干。alkB烷烃1-monooxygenase;chnB环己酮单氧酶;chnC6-hexanolactone水解酶;抗利尿激素乙醇脱氢酶;aldh醛脱氢酶。(B)假定的妇幼保健降解途径与关键酶预测的杂志C1-B045。*表示运输车ABC不是注释在这个杂志。
4讨论
十六进制的来源和妇幼保健以核心沉积物在这项研究可能来源于生物起源的碳氢化合物或偶发的碳氢化合物。考虑到直接从Kairei热液活动和爱德蒙热液区,我们推测,他们可能起源于自然发生的碳氢化合物。此外,山下式et al。(2023)还提出,hydrothermal-derived黑碳是一个顽固的海洋中溶解有机碳的来源,并可能长途迁移(4440公里)的深海热液羽流。然而,源分析需要进一步验证这些碳氢化合物的起源背景核心沉积物在将来的研究中。
在这项研究中,一个十六进制/ MCH-spiked浓缩实验被用来研究不同的垂直分布hydrocarbon-degrading细菌在CIR核心沉积物。我们发现不稳定的碳氢化合物(十六进制)消费者广泛分布在核心沉积物(0 - 4.8 mbsf),而耐火烃(MCH)消费者分层只在中间层的核心沉积物(2.0和3.0 mbsf) (图S2)。垂直异质性不同碳氢化合物的消费者可能归因于的梯度沿垂直核心沉积物。杜宾和泰斯科(2011)报道称,在地下沉积物的浓度随深度的增加而降低。他们发现,从115年μM在5厘米以下沉积物(cmbsf) 2 - 10μM(明显检出限)100 - 150 cmbsf (杜宾和泰斯科,2011)。这表明缺乏氧气的深层背景核心沉积物(4.8 mbsf)不利于耐火材料的有氧降解烃类和耐火材料的增长烃的消费者。MCH-consuming细菌不能丰富核心的浅层沉积物。因此,我们推测,耐火材料的不稳定烃消费者超过同行烃的消费者的原始核心的浅层沉积物做的是充分的。相比之下,减少中间层的原始核心的沉积物可能有限的消费者快速增长的不稳定增长的碳氢化合物(Massmig et al ., 2019)。因此,生长缓慢的耐火烃消费者和同行的不稳定的碳氢化合物共存的消费者中间层的原始核心沉积物。在这些耐火烃的消费者,我们发现cycloalkane-degrading细菌的发生C1-B045首次在深海地下环境中(图2一个)。重要的是,大量的C1-B045相比飙升至71.99% MCH-consuming亚文化< 0.001%,原始的细菌群落,暗示这可能是一个潜在的关键环烷消费者深部生物圈的背景。
我们所知,属C1-B045尚未培养或详细描述第一份报告后,几乎完全16 s rRNA基因序列的克隆库来自瓜伊马斯盆地沉积物(Teske et al ., 2002)。一些最近的研究已经证明,它还可能参与光的微生物降解原油(Uribe-Flores et al ., 2019),多环芳烃(彭et al ., 2020)和短链n-alkylcyclohexanes (阿灵顿et al ., 2022;崔et al ., 2022)。由于穷人culturability属C1-B045,我们只获得杂志而不是纯粹的文化通过面元宏基因组数据集在这项研究。ANI杂志之间的价值C1-B045来自新闻调查中心深生物圈及其对应来自渤海(BS)(未发表的数据)为85.84%,这意味着他们代表两个不同种类的属C1-B045(图S3;截断值的ANI物种界定< 95%)(公园et al ., 2020)。因此,属的菌株C1-B045系统不同,可能代表世界环烷消费者在不同的海洋栖息地。除了C1-B045分化,几乎所有的其他细菌MCH-spiked文化(图2 b)能够代谢特征碳氢化合物,暗示他们可能参加妇幼保健的新陈代谢。例如,Govarthanan et al。(2020)报道称,株Halomonas能够利用低增长和高分子量多环芳烃。荷得拉得和Staley (2006)发现的成员Pseudoalteromonas包含加双氧酶基因,能有效分解萘。
迄今为止,两个妇幼保健降解途径提出了在先前的研究中,包括内酯的形成和芳构化。内酯形成通路,其特点是黄家驹et al。(2004)在红球菌属sp.NDKK48,可能代表环烷退化的主要机制。此外,芳构化通路被发现红球菌属sp。EC1,这可能是相对罕见的需氧细菌(易et al ., 2011)。在我们的研究中,我们提出了一种内酯的形成途径的杂志C1-B045(图4 b),这是类似的红球菌属sp.NDKK48 (黄家驹et al ., 2004)。最近,我们发现了两个几乎完全妇幼保健降解途径,内酯的形成和芳构化,并发的杂志Roseovarius来自南极地表水(未发表的数据)。因此,未来的研究应致力于海洋微生物的代谢环烷的多样性。
值得注意的是,我们带注释的丰富的副本基因编码环己酮单氧酶(CHMO / ChnB)的杂志C1-B045来自新闻调查中心和BS。CHMOs属于Baeyer-Villiger单氧酶(BVMOs),可以促进各种氧化反应,包括Baeyer-Villiger氧化反应。这个反应涉及到环酮内酯或酮转化为酯通过引入羰基氧原子相邻(Yachnin et al ., 2012)。在这项研究中,我们发现存在两类CHMOs基于系统发育分析的氨基酸序列可用CHMOs (图5;表S5)。具体来说,类我CHMOs来源于杂志C1-B045表现出低AAI的值红球菌属sp。HI-31 (29.04 -41.71%)。同样,二类CHMOs来自的杂志C1-B045表现出低AAI的值不动杆菌calcoaceticusCA16 (28.60 -31.87%)。这表明CHMOs来自属C1-B045表示两个小说类的酶(金正日et al ., 2013;Walock et al ., 2014),它表现出不同的初级和高级蛋白质结构参考CHMOs出版。此外,八个成对CHMOs(一个圆形的和其他的BS)被认为在系统发育树中,表现出高相似度(90.53 - -99.36%)。
图5发展史的CHMOs MCH-consuming细菌。圆形的,属CHMOs注释C1-B045来自中央印度洋脊;废话,属CHMOs注释C1-B045来自渤海;AcCHMO CA16, CHMO的不动杆菌calcoaceticusCA16;RhCHMO HI-31, CHMO的红球菌属sp。HI-31;AcCHMO NCIMB9871, CHMO的不动杆菌calcoaceticusNCIMB9871;XfCHMO, CHMOXanthobacter flavus;BpCHMO, CHMOBrachymonas petroleovorans;ArCHMO L661, CHMO的节细菌属L661 sp。类我CHMOs突出显示在浅紫色;的二类CHMOs光红色突出显示。
5的结论
在这项研究中,我们发现HEX-consuming细菌无处不在在CIR核心沉积物。的垂直剖面MCH-consuming细菌是一张在新闻调查中心核心沉积物。具体来说,MCH-consuming细菌分层只在中间层的核心沉积物。我们还发现一种小说属C1-B045可能参与了退化环烷深部生物圈的循环属的细菌C1-B045存在两个小说类的CHMOs分解妇幼保健的代谢物。
数据可用性声明
在这项研究中提出的数据集可以在网上找到存储库。库的名称/存储库和加入数量(s)可以在文章中找到补充材料。
作者的贡献
TH和佐导致了概念和设计的研究。佐和ZW资金收购和项目管理。JC管理资源,保证他们的可用性进行实验和分析。TH和XL进行实验和分析数据。TH,佐和XL写初稿的手稿。TH,佐和广州负责审查和编辑文章。佐和ZW监督整个手稿的写作。所有作者的文章和批准提交的版本。
资金
这项工作是财务支持的中国大洋矿产资源研究开发协会(DY135-E2−1-03)和中国国家自然科学基金(42076165)。本研究使用核心中国大洋协会提供的沉积物样品。这个巡航是机上进行的R / V Da-Yang-Yi-Hao。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2023.1170238/full补充材料
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关键词:深生物圈、地下沉积物、生物降解、环烷环己酮单氧酶,宏基因组
引用:周郝T,崔Z,烹调的菜肴X, G,李Y,刘J,陈J和王Z(2023)的垂直异质性hydrocarbon-degrading核心沉积物中的细菌样本中央印度洋脊。前面。3月科学。10:1170238。doi: 10.3389 / fmars.2023.1170238
收到:2023年2月20日;接受:2023年4月11日;
发表:2023年4月27日。
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