Разнообразие сероокисляющих микробов в солёных маршах простирается до уровня отдельных нуклеотидов
Солёные марши, несмотря на кажущуюся простоту, обладают огромным биоразнообразием, включая микробов в почве. Учёные из Marine Biological Laboratory (MBL) обнаружили, что даже среди сероокисляющих микробов, ответственных за запах «тухлых яиц» в воздухе маршей, разнообразие простирается до уровня целых геномов и даже отдельных нуклеотидов.
Для изучения взаимосвязи между корневищными травами и микробами, живущими в окружающих их осадках, учёные проанализировали наборы данных секвенирования ДНК микробов, собранных на маршах в Массачусетсе и Алабаме. Это глубокое исследование разнообразия сероокисляющих микробов — от целых геномов до отдельных нуклеотидов — было опубликовано 26 октября в Applied and Environmental Microbiology.
В солёных маршах цикл серы тесно связан с циклом углерода, и здоровые марши хранят огромное количество углерода в торфе и почвенных минералах.
Благодаря глубокому секвенированию и инструментам анализа учёные могут не только идентифицировать микробов в образце осадка, но и сконструировать метагеномно-собранные геномы (MAGs) — компьютерные представления индивидуальных геномов. Это важно, так как культивировать в чашке Петри можно лишь малую часть микробов планеты. В этом исследовании 29 из 38 выделенных MAGs принадлежали бактериям, которые никогда ранее не культивировались.
Исследование проводилось на двух уровнях:
- Уровень отдельных нуклеотидов (A-T-C-G).
- Уровень пангенома (сравнение полного набора генов).
В экосистеме маршей существует два основных типа сероокисляющих бактерий:
- Сульфатредукторы — разлагают органику, но выделяют токсичный для растений сульфид.
- Сероокислители — удаляют токсичный сульфид, поддерживая продуктивность растений.
Эти микробы работают вместе, поддерживая здоровье растений и всей экосистемы.
Удивительным открытием стало то, насколько близкородственными оказались некоторые из изученных бактерий. Два организма были почти идентичны, пока анализ не дошёл до конкретных метаболических путей. Обычно в природе один из таких близких видов вытесняет другой. Однако у микробов обнаружились разные комбинации генов, указывающие на слегка разные вариации процессов восстановления сульфата и окисления серы. Именно это генетическое разнообразие может объяснять, почему так много разных сероокисляющих микробов могут сосуществовать в осадках солёных маршей.
Результат совместной работы разнообразной команды
Исследование началось как проект времён пандемии, объединивший учёных из Ecosystem Center и Josephine Bay Paul Center for Comparative Molecular Biology and Evolution MBL. После остановки полевых работ команда использовала уже существующие обширные наборы данных секвенирования ДНК.
Первоначальную загрузку данных и предварительный анализ выполнили пять студентов-летников из разных университетов в рамках программ Metcalf Summer Undergraduate Research Program (SURF) и Woods Hole Partnership Education Program (PEP).
Проект, начатый как возможность работать из дома, превратился в увлекательное исследование и привёл к разработке нового способа интеграции метагеномных анализов с разных научных точек зрения — от движущих сил эволюции до экологической функции и взаимодействия с растениями.