Взаимосвязь микробных сообществ азотного цикла и удаления азота в реке Янцзы

Избыточное поступление азота (N) в пресноводные водоемы и морские экосистемы вызывает каскад экологических проблем. Поэтому пути удаления азота критически важны для поддержания гомеостаза в водных и наземных экосистемах. Связанные с этим функциональные микробы играют ключевую роль для разработки стратегий управления азотом и защиты нижележащих водоемов.

Исследователи из Уханьского ботанического сада под руководством профессоров Лю Вэньчжи и Сюн Сяна провели метагеномное секвенирование и сборку геномов (binning), чтобы изучить обилие и разнообразие генов азотного цикла в поверхностных водах, донных отложениях и прибрежных почвах реки Янцзы, подверженной сильному загрязнению азотом.

Исследование, опубликованное в Water Research, озаглавлено «Метагеномное исследование микробных сообществ азотного цикла и их взаимосвязи с потенциалом удаления азота в реке Янцзы».

Ученые получили 121 метагеномно-собранный геном (MAG), участвующий в процессах азотного цикла. Ключевые MAG принадлежали к типу Proteobacteria. На уровне класса основными носителями генов азотного цикла были идентифицированы Alphaproteobacteria и Gammaproteobacteria, что указывает на их возможное доминирование как загрязнителей в реке Янцзы.

Между почвой/осадками и водой, а также между верхним и средним-нижним течением реки наблюдались значительные различия в обилии и разнообразии большинства генов азотного цикла. Это говорит о том, что географические факторы или ограничения расселения играют важную роль в формировании биогеографических паттернов этих генов.

Скорости процессов удаления азота значимо коррелировали с обилием или разнообразием нескольких генов, вовлеченных в цикл азота. Как показало исследование, климатические переменные и физико-химические свойства почвы регулировали скорости денитрификации и анаммокса как напрямую, так и косвенно — через их влияние на микробные гены.

Результаты заполняют критический пробел в знаниях о биогеографических паттернах и экологических драйверах микроорганизмов азотного цикла в речных экосистемах с метагеномной точки зрения.