Метаболизм серы в субтропических морских мангровых отложениях принципиально отличается от других местообитаний, как показало SMDB.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8126 (2023) Цитировать эту статью

259 доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Секвенирование метагенома методом дробовика дает возможность восстановить малоизученные редкие популяции и выявить труднообъяснимые биохимические пути. Однако информация о генах серы, включая их последовательности, разбросана по общедоступным базам данных. Здесь мы представляем SMDB (https://smdb.gxu.edu.cn/) — базу данных генов серы, курируемую вручную на основе углубленного обзора научной литературы и базы данных ортологии. SMDB содержала в общей сложности 175 генов и охватывала 11 процессов метаболизма серы с 395 737 репрезентативными последовательностями, связанными со 110 типами и 2340 родами бактерий/архей. SMDB был применен для характеристики цикла серы в пяти средах обитания и сравнения микробного разнообразия мангровых отложений с микробным разнообразием других местообитаний. Структура и состав сообществ микроорганизмов и генов серы существенно различались в пяти местообитаниях. Наши результаты показывают, что альфа-разнообразие микроорганизмов в отложениях мангровых зарослей было значительно выше, чем в других средах обитания. Гены, участвующие в диссимиляционной сульфатредукции, широко распространены в субтропических морских мангровых зарослях и глубоководных отложениях. Результаты модели нейтрального сообщества показали, что распространение микробов было выше в экосистеме морских мангровых зарослей, чем в других средах обитания. Flavilitoribacter микроорганизма, метаболизирующего серу, становится надежным биомаркером в пяти местообитаниях. SMDB поможет исследователям эффективно анализировать гены цикла серы с точки зрения метагеномики.

Микроорганизмы играют важную роль в круговороте серы, определяя соединения трансформации серы и их судьбу в окружающей среде1. Соединения серы богаты природной средой, а огромные хранилища сульфатов и сульфидов обнаружены в морских экосистемах2. Цикл серы, в основном обусловленный окислением серы и восстановлением сульфатов, тесно переплетен с другими биохимическими циклами (например, углеродом, азотом, фосфором), что имеет далеко идущие последствия для экологической экосистемы3. Согласно предыдущим сообщениям, сульфатредуцирующие бактерии (СРБ) играют решающую роль в осаждении тяжелых металлов4, загрязняющих веществ5 и биодеградации углеводородов6. Таким образом, характеристика генов цикла серы и микроорганизмов, метаболизирующих серу, важна для понимания процессов круговорота серы в окружающей среде.

Круговорот серы — сложный биохимический процесс в окружающей среде, состоящий из превращений неорганической и органической серы. Неорганические трансформации (т.е. каноническая диссимиляционная сульфатредукция [DSR] и ассимиляционная сульфатредукция [ASR]) хорошо изучены, как описано в предыдущем исследовании7. Например, состав сообществ микроорганизмов показал, что Deltaproteobacteria были доминирующим классом SRB, а путь ASR представлял собой значительное восстановление сульфатов в полномасштабном биопленочно-мембранном биореакторе для очистки сточных вод текстильных предприятий7. Преобразования органической серы играют важную роль в круговороте серы, учитывая обилие органической серы в экологической экосистеме8. Предыдущие исследования были сосредоточены на трансформациях неорганической серы, поэтому влияние органических соединений серы на экосистемы еще предстоит изучить3. В морской среде было много сероорганических соединений, таких как диметилсульфониопропионат (DMSP)9, сульфонаты3, сульфатные эфиры3 и метантиол (MeSH)10. Продукт ферментативного распада DMSP (диметилсульфид [DMS]) может привести к глобальному потеплению9. Сульфонаты играют решающую роль в экологическом обмене энергией между микробными автотрофами и гетеротрофами, что указывает на важность метаболизма органической серы в окружающей среде11. Таким образом, крайне важно развивать возможности получения полного цикла серы с помощью передовых технологий.

Ранее были предприняты значительные усилия для характеристики процессов цикла серы путем анализа ключевых генов, таких как диссимиляционная сульфитредуктаза (dsrB)12, аденилатсульфатредуктаза (aprA)13 и тиосульфогидролаза (soxB)14. Учитывая необходимость подходящих праймеров ДНК для многих генов серы, полимеразная цепная реакция (ПЦР) обычно дает неточные экспериментальные результаты15,16. Однако метагеномное секвенирование дает возможность восстановить малоизученный цикл серы17. Потенциальные гены, участвующие в цикле серы, были аннотированы для метагеномного анализа с использованием базы данных ортологии18. Однако всеобъемлющая и надежная база данных ортологии необходима для точной аннотации функциональных генов. Таким образом, на результаты метагеномного анализа сильно влияет выбор баз данных ортологии.