Метагеномный анализ про- и эукариотических компонентов микробиоты биологически активного препарата БАГС

В подавляющем большинстве микробные препараты создаются на основе чистых культур микроорганизмов. Использование подобных препаратов вполне оправдано и результативно в случае азотфиксации в симбиозе ризобий с бобовыми или биоконтрольных свойств бацилл. Однако если речь идет о почвенных процессах, обусловливающих круговорот биогенных элементов, в частности о трансформации растительных остатков, микробные препараты на основе чистых культур оказываются недостаточно эффективными и стабильными, причем даже тогда, когда используются сконструированные консорциумы из смеси нескольких видов микроорганизмов. Связано это с тем, что микробиологические процессы в почве осуществляются не отдельными видами, а микробными сообществами со сложной сетевой организацией. Поэтому более перспективной альтернативой является мобилизация нативных целлюлозоразлагающих сообществ в виде микробных препаратов. Именно таков микробный препарат БАГС (биологически активный грунт на соломе), создание предшественника которого началось во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной микробиологии в 1930-е годы. В настоящей работе с помощью метагеномных методов анализа впервые получены данные о таксономическом составе прокариотического и эукариотического сообществ двух последовательно приготовленных партий препарата БАГС (препарат из первой партии выступал в качестве инокулюма). Кроме того, сопоставление микробного состава зрелого БАГС, основных компонентов, используемых при его приготовлении (торф, солома), и почвы как источника гуматразлагающих бактерий позволило сделать предположение о происхождении мажорных прокариотических компонентов микробиоты препарата. Цель работы - с использованием метагеномного анализа исследовать таксономический состав консорциума двух партий микробного препарата БАГС и компонентов, используемых при его приготовлении. Объектами исследования были микробный препарат БАГС - готовый зрелый препарат, полученный в результате компостирования торфо-соломисто-минеральной смеси и инокулюма в течение 11 мес (последний из серии многолетних периодических возобновлений в течение не менее 20 лет); инокулюм - зрелый препарат БАГС предыдущего приготовления (15 мес компостирования); торф - произвесткованный верховой сфагновый торф (пос. Форносово, Ленинградская обл., степень разложенности 15 %); солома - сухая измельченная солома овса; почва - дерново-подзолистая, легкосуглинистая (пос. Белогорка, Ленинградская обл.). Для приготовления БАГС в произвесткованный доломитовой мукой до рН 6,4 торф вносили солому овса (10 % от массы торфа), азофоску (10 г д.в. по азоту/кг соломы) и инокулюм (20 % от массы торфа). Смесь увлажняли до 60 % от полной влагоемкости, перемешивали, расфасовывали в пластиковые емкости объемом 90 л и инкубировали в течение 11 мес при 28 °С, периодически увлажняя и перемешивая. Микробиологический анализ, включая бактериальный и грибной компоненты, проводили с использованием метода глубокого секвенирования ампликонных библиотек гена 16S рРНК (прокариоты) и ITS (грибы). Данные анализировали при помощи пакета dada2, основные анализы (альфа- и бета-разнообразие, барграфы и теплокарты) выполняли при помощи пакета phyloseq и tidyverse в программной среде R. Анализ PERMANOVA проводили с использованием пакета vegan. По данным анализа таксономического состава БАГС, основные компоненты бактериальных сообществ обеих партий препарата БАГС, один из которых выступал в качестве инокулюма, относились к представителям фил Pseudomonadota (27-32 %), Planctomycetota (11-14 %) и Bacteroidota (10-11 %), а основными компонентами грибного сообщества были представители классов Sordariomycetes , Mucoromycetes и Leotiomycetes . Показано, что к концу срока компостирования бактериальная часть сообщества БАГС более стабильна, чем грибная, и очень близка к составу инокулюма, тогда как эукариотическая мажорная компонента больше подвержена влиянию микробиома торфа. При этом за годы воспроизводства БАГС сформировался его собственный уникальный микробиом. Около 12 % от всех таксонов в БАГС оказались уникальными и присущими только ему, а на долю микробной массы уникальных таксонов в сообществе препарата приходилось 93 % от общего их числа.