CC BY
82
МИКРОБИОЛОГИЯ
УДК 579.266
РАЗНООБРАЗИЕ СУЛЬФАТРЕДУЦИРУЮЩИХ БАКТЕРИЙ В ЩЕЛОЧНОМ ОЗЕРЕ БЕЛОЕ (ЗАПАДНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ)
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта МОН РФ 1990
© Абидуева Елена Юрьевна
доктор биологических наук, профессор старший научный сотрудник лаборатории микробиологии Института общей и экспериментальной биологии СО РАН Россия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6 е-mail: [email protected]
© Зайцева Светлана Викторовна
кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории микробиологии Института общей и экспериментальной биологии СО РАН Россия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6 е-mail: [email protected]
© Базаров Сокто Мункуевич
аспирант лаборатории микробиологии Института общей и экспериментальной биологии СО РАН, Россия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6 е-mail: [email protected]
© Намсараев Баир Бадмабазарович
доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией микробиологии Института общей и экспериментальной биологии СО РАН Россия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6 е-mail: [email protected]
Представлены результаты пиросеквенирования поверхностных осадков озера Белое. Установлено присутствие большого количества микроорганизмов цикла серы. Ключевые слова: пиросеквенирование, щелочное озеро.
DIVERSITY OF SULFATE -REDUCING BACTERIA IN ALKALINE LAKE BELOE (WESTERN TRANSBAIKALIA)
Abidueva Еlеna Yu.
DSc in Biology, Senior Research Fellow, laboratory of microbiology
Institute of General and Experimental Biology, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences 6 Sakhyanovoy, Ulan-Ude, 670047, Russia e-mail: [email protected], 89516355184.
Zaytseva Svetlana V.
PhD in Biology, Research Fellow, laboratory of microbiology
Institute of General and Experimental Biology, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences 6 Sakhyanovoy, Ulan-Ude, 670047, Russia E-mail: [email protected], 89148378678.
Bazarov Sokto M.
Research Assistant laboratory of microbiology
Institute of General and Experimental Biology, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences 6 Sakhyanovoy, Ulan-Ude, 670047, Russia E-mail: [email protected]
Namsaraev Bair B.
DSc in Biology, Head of lthe aboratory of microbiology
Institute of General and Experimental Biology, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences 6 Sakhyanovoy, Ulan-Ude, 670047, Russia e-mail: [email protected]
The results of surface sediments pyrosequencing of Lake Beloe are presented. The presence of large
quantities of the sulfur cycle microorganisms is identified.
Keywords: pyrosequencing, alkaline lake.
Озеро Белое — типичное для территории Забайкалья мелководное, слабоминерализованное щелочное озеро с нестабильным водным режимом, сезонными колебаниями уровня воды, температуры, рН и минерализации [1].
Методы исследования
Отбор проб поверхностных осадков озера Белое был проведен летом 2012 г. Минерализацию, рН, температуру определяли портативными полевыми приборами. Скорости микробных процессов определяли радиоизотопным методом, как описывали ранее [1].
Пиросеквенирование
Препарат ДНК выделяли из 0,5 г осадка по методу, включающему механическую обработку образца с помощью гомогенизации со стеклянными шариками и последующим удалением гуминовых кислот и лизисом клеточной стенки с помощью SDS [2]. Три экстракции ДНК из каждого образца осадка были объединены вместе, чтобы уменьшить смещение, вызванное неоднородностью пробы. Препараты ДНК хранили при -80° C до последующего использования.
Универсальные бактериальные праймеры 27F (5'-3' AGAGTTTGATCCTGGCTCAG) и 533R (5'-3' TTACCGCGGCTGCTGGCAC, фланкирующие гипервариабельные участки гена 16S рРНК — V1 (позиции 66-69 на 16S рДНК) и V3 (позиции 433-497) были синтезированы Shanghai Majorbio Bio-pharm Technology Co., Ltd (Shanghai, China). Амплификация, проводимая на термоциклере ABI 9700 (ABI, Foster City, USA), включала начальную денатурацию при 95о С в течение 2 мин, 25 циклов при 95 оС в течение 30 с, 30 с при 55 оС, 30 с при 72 оС и заключительный этап при 72 оС в течение 5 мин. Продукты ПЦР реакции очищали наборами AxyPrep DNA Gel Extraction Kit (Axygen, USA). Пиросекве-нирование проводили согласно инструкциям производителя для пиросеквенирования ампликонов на пиросеквенаторе Roche/454 Genome Sequencer FLX Titanium.
Данные обрабатывали, используя систему mothur [3]. Валидные последовательности были обработаны UCHIME, а затем в соответствии с алгоритмом Needleman сгруппированы в бактериальной базе SILVA [4], кластеризацию в ОТЕ проводили с использованием программ mothur и chopseq (Majorbio) (http://www.majorbio.com). Таксономическое разнообразие сообщества оценивали при уровнях различий, соответствующих следующим таксонам: вид — 0,03 (97 %), род — 0,05 (95 %), семейство — 0,1 (90 %). Классификацию видов проводили на основе генотипического подхода в соответствии с международным кодом номенклатуры бактерий (ICNB). Кластер относили к соответствующему виду при гомологии более 97 % с последовательностью валидированного микроорганизма.
Индексы видового обилия и разнообразия сообществ рассчитывали с использованием программы mothur:
Chao — the Chaol estimator (http://www.mothur.org/wiki/Chao),
Ace — the ACE estimator (http://www.mothur.org/wiki/Ace),
Индекс Шеннона (http://www.mothur.org/wiki/Shannon),
Индекс Симпсона (http://www.mothur.org/wiki/Simpson).
Результаты и обсуждение
В микробном сообществе поверхностных осадков озера Белое в результате пиросеквенирования было обнаружено присутствие большого количества микроорганизмов цикла серы. Deltaproteobacteria занимали в микробном сообществе осадков второе место по обилию последовательностей (11). Среди Deltaproteobacteria 78 % последовательностей принадлежит к группе сульфат-и сероредуцирующих бактерий из порядков Desulfobacterales (6,11 %), с преобладанием родов из семейств Desulfobulbaceae и Desulfobacteraceae и Desulfuromonadales (2,42 %) с доминированием родов из семейства Desulfuromonadaceae. Филогенетический анализ показал значительное разнообразие сульфатредуцирующих бактерий (табл. 1), в пробе были представлены последовательности 24 родов.
ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
4/2015
Таблица 1
Разнообразие сульфатредуцирующих бактерий в пробе осадка оз. Белое
Род Кол-во последовательностей % от общего числа последовательностей
Desulforhopalus 328 2,69
Desulfuromusa 196 1,61
Desulfatiferula 54 0,44
Desulfobulbaceae uncultured 51 0,42
Desulfobacteraceae uncultured 45 0,37
Desulfobacterium 37 0,30
Desulfobacula 35 0,29
Desulfuromonas 31 0,25
Desulfobulbus 23 0,19
Desulfomicrobium 20 0,16
Desulfopila 17 0,14
Desulfosarcina 15 0,12
Dethiosulfatibacter 14 0,09
Desulfosalsimonas 11 0,04
Desulfobotulus 5 0,03
Desulfarculaceae uncultured 4 0,03
Desulfatirhabdium 4 0,03
Desulfobacter 4 0,03
Desulfococcus 4 0,02
Desulfofustis 3 0,02
Desulfocapsa 2 0,01
Desulfonatronum 1 0,01
Desulfotignum 1 0,01
Desulfovibrio 1 0,01
Присутствие в микробном сообществе поверхностных осадков озера Белое большого количества микроорганизмов цикла серы обусловлено рядом причин. Цикл серы является важнейшим компонентом в биогеохимии содовых ландшафтов и определяет в них деятельность микробных сообществ [5]. Одним из объяснений этому является энергетическая эффективность превращений неорганических серных соединений, как окислительных, так и восстановительных, достаточных, чтобы справиться с высокими энергетическими затратами обитания в экстремальных условиях [6]. Резкие суточные переходы от аэробных условий вплоть до насыщения О2 к анаэробным условиям с избытком H2S создают условия для развития факультативных органотрофных анаэробов, например, с серным дыханием или ферментативным типом обмена и для аэротолерантных анаэробов. К вторичным фототроф-ным продуцентам, использующим продукты обмена микробного сообщества, относятся анаэробные аноксигенные фототрофы.
Высокая активность сульфатредуцирующих бактерий в донных осадках содовых озер юго-восточного Забайкалья и Монголии в широком диапазоне общей минерализации и щелочных рН указывает на определяющую роль сульфатредукторов на конечных этапах деструкции органического вещества. Скорости сульфатредукции были сопоставимы с морскими осадками и достигали значений 69 мг S/кг ила/сут. В донных осадках озера Белое интенсивность бактериального восстановления сульфатов была не такой значительной, максимальные скорости были отмечены летом и составляли 1,82 мг S/ дм3 в сут. Несмотря на отмеченный гидрогенотрофный метаногенез (до 1 мкл СН/дм3 в сут), сток водорода в алкалофильном микробном сообществе осуществляется преимущественно сульфатредуцирующими бактериями. Наши данные по количественной оценке in situ деятельности разных групп гидрогенотрофных вторичных анаэробов подтверждают ранее сделанные выводы о ключевой роли процесса сульфатредукции на заключительных этапах деструкции в содовых озерах
Литература
1. Абидуева Е. Ю., Бурюхаев С. П., Намсараев Б. Б. Факторы, контролирующие активность микробного сообщества щелочного озера Белое (Забайкалье) // Микробиология. — 2012. — Т. 81, № 4. — С. 508-516.
2. A rapid DNA extraction method for PCR amplification from wetland soils / J. Y. Li and [et al] // Lett. in Appl. Microbiol. — 2011. — V. 52. — P. 626-633
3. Introducing mothur: open-source, platform-independent, community-supported software for describing and comparing microbial communities / P. D. Schloss and [et al] //Applied and Environmental Microbiology. — 2009. — 75(23). — P. 7537-7541.
4. Pruesse E., Yilmaz P., Gerken J., Schweer T., Yarza P., Peplies J., Glöckner F. O. The SILVA ribosomal RNA gene database project: improved data processing and web-based tools / C. Quast // Nucl. Acids Res. — 2013. — 41. — P. 590-596.
5. Заварзин Г. А. Эпиконтинентальные содовые водоемы как предполагаемые реликтовые биотопы формирования наземной биоты // Микробиология. — 1993. — Т. 62. — С. 789-800.
6. Sorokin D. Y., Kuenen J. G., Muyzer G. The microbial sulfur cycle at extremely haloalkaline conditions of soda lakes // Front. Microbiol. — 2011. — V.2. — P. 1-16.
References
1. Abidueva E. Yu., Buryukhaev S. P., Namsaraev B. B. Faktory, kontroliruyushchie aktivnost' mikrobnogo soob-shchestva shchelochnogo ozera Beloe (Zabaikal'e) [Factors that control the activity of microbial community in the alkaline lake Beloye (Transbaikal)]. Mikrobiologiya - Microbiology. 2012. V. 81. No 4. Pp. 508-516.
2. Li J. Y. et al. A rapid DNA extraction method for PCR amplification from wetland soils. Lett. in Appl. Microbiol. 2011. V. 52. Pp. 626-633
3. Schloss P. D. et al. Introducing mothur: open-source, platform-independent, community-supported software for describing and comparing microbial communities. Applied and Environmental Microbiology. 2009. 75(23). Pp. 75377541.
4. Pruesse E., Yilmaz P., Gerken J., Schweer T., Yarza P., Peplies J., Glöckner F.O. The SILVA ribosomal RNA gene database project: improved data processing and web-based tools. Nucl. Acids Res. 2013. 41. Pp. 590-596.
5. Zavarzin G. A. Epikontinental'nye sodovye vodoemy kak predpolagaemye reliktovye biotopy formirovaniya nazemnoi bioty [Epicontinental soda waters as alleged relict biotopes of terrestrial biota formation]. Mikrobiologiya -Microbiology. 1993. V. 62. Pp. 789-800.
6. Sorokin D.Y., Kuenen J.G., Muyzer G. The microbial sulfur cycle at extremely haloalkaline conditions of soda lakes. Front. Microbiol. 2011. V.2. Pp. 1-16.
