Микроорганизмы цикла метана веслоногих рачках из высокогорного озера

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

С помощью 16S рРНК профилирования исследован микробиом веслоногих рачков рода Diaptomus, обитающих в высокогорном озере Западного Кавказа. Основу микробиома составляли аэробные и анаэробные органотрофные микроорганизмы, метаногенные археи и аэробные метанокисляющие бактерии (МОБ). Выявлены симбионты и бактерии, входящие в рацион питания рачков. Анаэробные органотрофные микроорганизмы, обитающие в рачках, обеспечивают субстратами метаногенов – вторую по относительной численности физиологическую группу прокариот в составе микробиома. В микробиоме доминировали ацетокластические метаногены рода Methanothrix и гидрогенотрофные метаногены родов Methanobacterium и Methanoregula. Цикл метана внутри рачков замкнут, поскольку их микробиом содержал разнообразную популяцию аэробных МОБ, среди которых доминировали МОБ класса Gammaproteobacteria родов Methylobacter и Methyloparacoccus. Предположительно, обмен метаном между метаногенами и метанотрофами происходит в кишечнике рачка в аноксидных условиях при непосредственном контакте целевых микроорганизмов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Ю. Каллистова

ФИЦ Биотехнологии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kallistoanna@mail.ru
Россия, Москва, 117312

В. В. Кадников

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: kallistoanna@mail.ru
Россия, Москва, 117312

А. В. Белецкий

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: kallistoanna@mail.ru
Россия, Москва, 117312

Н. В. Пименов

ФИЦ Биотехнологии РАН

Email: kallistoanna@mail.ru
Россия, Москва, 117312

Список литературы

  1. Каллистова А. Ю., Косякова А. И., Русанов И. И., Кадников В. В., Белецкий А. В., Коваль Д. Д., Юсупов С. К., Зеккер И., Пименов Н. В. Образование метана в пресном озере умеренного пояса в период интенсивного цветения цианобактерий // Микробиология. 2023. Т. 92. С. 477‒489. https://doi.org/10.31857/S0026365623600256
  2. Kallistova A.Yu., Kosyakova A. I., Rusanov I. I., Kadnikov V. V., Beletsky A. V., Koval’ D.D., Yusupov S. K., Zekker I., Pimenov N. V. Methane production in a temperate freshwater lake during an intense cyanobacterial bloom // Microbiology (Moscow). 2023. V. 92. P. 638‒649. http://doi.org/10.1134/S0026261723601586
  3. Пименов Н. В., Калюжная М. Г., Хмеленина В. М., Митюшина Л. Л., Троценко Ю. А. Потребление метана и углекислоты симбиотрофными бактериями в жабрах митилид (Bathymodiolus) гидротермальных полей Рейнбоу и Логачев Срединно-Атлантического хребта // Микробиология. 2002. Т. 71. C. 681‒689.
  4. Pimenov N. V., Kalyuzhnaya M. G., Khmelenina V. N., Mityushina L. L., Trotsenko Yu.A. Utilization of methane and carbon dioxide by symbiotrophic bacteria in gills of Mytilidae (Bathymodiolus) from the Rainbow and Logachev Hydrothermal Fields on the Mid-Atlantic Ridge // Microbiology (Moscow). 2002. V. 71. P. 587–594. https://doi.org/10.1023/A:1020519105618
  5. An D. S., Kim S. G., Ten L. N., Cho C. H. Pedobacter daechungensis sp. nov., from freshwater lake sediment in South Korea // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2009. V. 59. P. 69‒72. http://doi.org/10.1099/ijs.0.001529-0
  6. Bižic M., Grossart H.-P., Ionescu D. Methane Paradox // eLS / Chichester: John Wiley & Sons, Ltd., 2020. P. 1‒11. https://doi.org/10.1002/9780470015902.a0028892
  7. Collins M. D., Rodrigues U. M., Dainty R. H., Edwards R. A., Roberts T. A. Taxonomic studies on a psychrophilic Clostridium from vacuum-packed beef: description of Clostridium estertheticum sp. nov. // FEMS Microbiol. Lett. 1992. V. 75. P. 235‒240. http://doi.org/10.1016/0378-1097(92)90410-p
  8. Cui S., Ding R., Wang Q., Li Y., Chen F. Upward migration of calanoid copepods is driven by high food quality in surface waters in an alpine lake // Freshwater Biol. 2023. V. 68. P. 2120‒2130. https://doi.org/10.1111/fwb.14179
  9. Distel D. L., Lee H. K.-W., Cavanaugh C. M. Intracellular coexistence of methano- and thioautotrophic bacteria in a hydrothermal vent mussel // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995. V. 92. P. 9598‒9602. http://doi.org/10.1073/pnas.92.21.9598
  10. Feng J., Mazzei M., Di Gregorio S., Niccolini L., Vitiello V., Ye Y., Guo B., Yan X., Buttino I. Marine copepods as a microbiome hotspot: revealing their interactions and biotechnological applications // Water. 2023. V. 15. Art. 4203. https://doi.org/10.3390/w15244203
  11. Fischer J. M., Olson M. H., Theodore N., Williamson C. E., Rose K. C., Hwang J. Diel vertical migration of copepods in mountain lakes: the changing role of ultraviolet radiation across a transparency gradient // Limnol. Oceanogr. 2015. V. 60. P. 252–262. https://doi.org/10.1002/lno.10019
  12. Jezbera J., Sharma A. K., Brandt U., Doolittle W. F., Hahn M. W. “Candidatus Planktophila limnetica”, an actinobacterium representing one of the most numerically important taxa in freshwater bacterioplankton // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2009. V. 59. P. 2864‒2869. https://doi.org/10.1099/ijs.0.010199-0
  13. Jogler M., Chen H., Simon J., Rohde M., Busse H. J., Klenk H. P., Tindall B. J., Overmann J. Description of Sphingorhabdus planktonica gen. nov., sp. nov. and reclassification of three related members of the genus Sphingopyxis in the genus Sphingorhabdus gen. nov. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2013. V. 63. P. 1342‒1349. http://doi.org/10.1099/ijs.0.043133-0
  14. Kallistova A., Oshkin I., Rusanov I., Kadnikov V., Yusupov S., Zekker I., Pimenov N. Profile distribution of methane oxidation in reduced lake sediments suggests utilization of NO-dismutation pathway by aerobic methanotrophic bacteria // Preprint. Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=4805437, http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4805437
  15. Khomyakova M. A., Merkel A. Y., Mamiy D.D, Klyukina A. A., Slobodkin A. I. Phenotypic and genomic characterization of Bathyarchaeum tardum gen. nov., sp. nov., a cultivated representative of the archaeal class Bathyarchaeia // Front. Microbiol. 2023. V. 14. Art. 1214631. http://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1214631
  16. Oksanen J., Simpson G., Blanchet F., Kindt R., Legendre P., Minchin P., O’Hara R., Solymos P., Stevens M., Szoecs E., Wagner H., Barbour M., Bedward M., Bolker B., Borcard D., Carvalho G., Chirico M., De Caceres M., Durand S., Evangelista H., FitzJohn R., Friendly M., Furneaux B., Hannigan G., Hill M., Lahti L., McGlinn D., Ouellette M., Ribeiro Cunha E., Smith T., Stier A., Ter Braak C., Weedon J. Vegan: Community Ecology Package. R package version 2.6-4, 2022. https://CRAN.R-project.org/package=vegan
  17. Protasov E., Nonoh J. O., Kästle Silva J. M., Mies U. S., Hervé V., Dietrich C., Lang K., Mikulski L., Platt K., Poehlein A., Köhler-Ramm T., Miambi E., Boga H. I., Feldewert C., Ngugi D. K., Plarre R., Sillam-Dussès D., Šobotník J., Daniel R., Brune A. Diversity and taxonomic revision of methanogens and other archaea in the intestinal tract of terrestrial arthropods // Front. Microbiol. 2023. V. 14. Art. 1281628. http://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1281628
  18. Reis P. C.J., Tsuji J. M., Weiblen C., Schiff S. L., Scott M., Stein L. Y., Neufeld J. D. Enigmatic persistence of aerobic methanotrophs in oxygen-limiting freshwater habitats // ISME J. V. 18. Art. wrae041. http://doi.org/10.1093/ismejo/wrae041
  19. Sadaiappan B., PrasannaKumar C., Nambiar V. U., Subramanian M., Gauns M. U. Meta-analysis cum machine learning approaches address the structure and biogeochemical potential of marine copepod associated bacteriobiomes // Sci. Rep. 2021. V. 11. Art. 3312. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82482-z
  20. Samad M. S., Lee H. J., Cerbin S., Meima-Franke M., Bodelier P. L.E. Niche differentiation of host-associated pelagic microbes and their potential contribution to biogeochemical cycling in artificially warmed lakes // Front. Microbiol. 2020. V. 11. Art. 582. http://doi.org/10.3389/fmicb.2020.00582
  21. Sheu S. Y., Sheu D. S., Sheu F. S., Chen W. M. Gemmobacter tilapiae sp. nov., a poly-β-hydroxybutyrate-accumulating bacterium isolated from a freshwater pond // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2013. V. 63. P. 1550‒1556. https://doi.org/10.1099/ijs.0.044735-0
  22. Vakati V., Fuentes-Reines J.M., Wang P., Wang J., Dodsworth S. A summary of Copepoda: synthesis, trends, and ecological Impacts // J. Oceanol. Limnol. 2023. V. 41. P. 1050‒1072. https://doi.org/10.1007/s00343-022-1309-9
  23. Wickham H. ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis. Springer-Verlag New York, 2016. https://ggplot2.tidyverse.org
  24. Willems A., Falsen E., Pot B., Jantzen E., Hoste B., Vandamme P., Gillis M., Kersters K., De Ley J. Acidovorax, a new genus for Pseudomonas facilis, Pseudomonas delafieldii, E. Falsen (EF) group 13, EF group 16, and several clinical isolates, with the species Acidovorax facilis comb. nov., Acidovorax delafieldii comb. nov., and Acidovorax temperans sp. nov. // Int. J. Syst. Bacteriol. 1990. V. 40. P. 384‒398. https://doi.org/10.1099/00207713-40-4-384
  25. Yan Z. F., Lin P., Won K. H., Yang J. E., Li CT., Kook M., Yi T. H. Altererythrobacter deserti sp. nov., isolated from desert soil // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2017. V. 67. P. 3806‒3811. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.002197
  26. Zhang G. Q., Yang L. L., Liu Q., Liu H. C., Zhou Y. G., Xin Y. H. Flavobacterium restrictum sp. nov., Flavobacterium rhamnosiphilum sp. nov., and Flavobacterium zepuense sp. nov. isolated from glaciers // Int. J. Syst. Evol Microbiol. 2020. V. 70. P. 4583‒4590. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004317.
  27. Zhilina T. N., Appel R., Probian C., Brossa E. L., Harder J., Widdel F., Zavarzin G. A. Alkaliflexus imshenetskii gen. nov. sp. nov., a new alkaliphilic gliding carbohydrate-fermenting bacterium with propionate formation from a soda lake // Arch. Microbiol. 2004. V. 182. P. 244‒253. https://doi.org/10.1007/s00203-004-0722-0

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Дополнительные материалы
Скачать (147KB)
Метаданные
3. Рис. 1. Внешний вид веслоногих рачков рода Diaptomus, обитающих в водной толще оз. Шобайдак-Кель. Масштабная метка соответствует 500 мкм.

Скачать (219KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Относительная численность прокариот (% от общего количества последовательностей гена 16S рРНК), доминирующих в микробиоме веслоногих рачков.

Скачать (436KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Относительная численность метаногенных архей (МГ) и аэробных метанокисляющих бактерий (МОБ) в микробиоме веслоногих рачков и в фоновых образцах воды и осадков оз. Шобайдак-Кель (% от общего количества последовательностей гена 16S рРНК).

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025