Разные микробные стратегии регулируют углерод в почве рисовых полей

Исследовательская группа под руководством профессора Ван Гуанхуа из Северо-Восточного института географии и агроэкологии Китайской академии наук выяснила, как микробная адаптивная эволюция и регуляторные стратегии реагируют на неоднородность почвенного углерода в рисовых почвах на разных пространственных масштабах.

Результаты были опубликованы в Geoderma 17 марта.

Рисовые почвы, признанные критически важными поглотителями углерода, могут накапливать на 39%–127% больше почвенного органического углерода (SOC), чем почвы возвышенностей. Однако механизмы, с помощью которых микробные сообщества адаптируются и регулируют круговорот углерода в этих сложных средах, оставались в значительной степени неясными.

Исследователи обнаружили значимые дистанционно-затухающие взаимосвязи как на уровне микробных углеродных функций, так и на геномно-таксономическом уровне. Профили микробного цикла углерода были сгруппированы в две группы. HCS (включая участки R1–R10) представляла почвы с высоким общим углеродом (TC) на относительно высоких широтах, тогда как LCS (включая участки R11–R30) имела низкое содержание углерода и была распространена на низких широтах.

По сравнению с HCS, в LCS наблюдалась более высокая распространённость путей цикла, включающих аэробное дыхание, фиксацию углерода и пути метаногенеза, а также более высокие уровни классов углеводных эстераз (CE) и гликозилтрансфераз (GT).

Были сконструированы 211 метагеномно-собранных геномов (MAGs) с разнообразными функциями углеродного метаболизма. Среди них высококачественный MAG292, отнесённый к порядку Nanopelagicales, имел значимую положительную корреляцию с TC и был более распространён в HCS. Напротив, MAG153, отнесённый к порядку Chitinophagales, демонстрировал противоположную тенденцию.

Кроме того, было получено 133 новых вирусных MAGs (vMAGs). Распространённость фагов phage11, phage16, phage26 и phage120 была выше в LCS, чем в HCS; они содержали гены chiA и GH19, участвующие в деградации хитина. В HCS была относительно высокая распространённость фага phage89, содержащего гены slt и GH23, которые регулируют лизис пептидогликана.

Эти результаты указывают на то, что почвенные вирусы потенциально лизируют бактерии, кодируя пептидогликан-лиазу, высвобождая питательные вещества и увеличивая количество мёртвых микробных остатков, что способствует накоплению углерода в почве на относительно высоких широтах. В то же время на низких широтах фаги вместе с микробами могут косвенно снижать TC почвы, потенциально экспрессируя вспомогательные метаболические гены (AMGs), участвующие в деградации хитина.

Исследование подчёркивает расходящиеся стратегии микробной адаптивной эволюции и регуляции почвенного углерода в ответ на неоднородность углерода в рисовых почвах китайских моллисолей.