Разнообразие прокариотов в биотопах соленого щелочного озера Зун-Торей (Забайкальский край, Россия)

На юге Восточного Забайкалья и на смежных территориях Монголии и Китая распространены многочисленные солоноватые и соленые озера, гидрохимические характеристики которых подвержены значительным хронологическим изменениям [Замана, 2010]. Периодическое наполнение и высыхание озер вызваны циклическими колебаниями климатических условий [Алекин,

1970], которые влияют на изменения микробиологических процессов и в целом на биоту [Романенко, 1985; Сыренжапова, 2022]. В многоводные периоды наиболее крупные и соединяющиеся между собой озера Зун-Торей и Барун-Торей имеют общую площадь водного зеркала до 850 км2, в фазы аридизации Торей-ские озера практически полностью высыхали [Дамбаев, 2008; Сыренжапова, 2004; Абидуева и др., 2008].

В момент отбора проб летом 2021 г. соленое щелочное озеро Зун-Торей было высохшим и выглядело как небольшие разрозненные озерца. Вблизи береговой линии озера были отмечены отложения солей (высулы).

Полученные данные позволили оценить современное состояние озера и таксономическое разнообразие микробных сообществ в разных биотопах озера Зун-Торей.

Материал и методы исследования

Пробы для исследований отбирали в августе 2021 г. в северо-восточной части озера Зун-Торей (N 50°9'48.04" E 115°48'43.26"). Физико-химические показатели воды определяли с помощью портативных приборов и общепринятыми гидрохимическими методами [Полевой практикум, 2005].

Для выделения ДНК был использован набор реактивов NucleoSpin Soil (Macherey-Nagel, Германия) согласно инструкции производителя. ПЦР продукты очищали по рекомендованной фирмой Illumina методике с использованием магнитных частиц AMPure XP (Beckman Coulter, США).

Разнообразие микробного сообщества изучали методом высокопроизводительного секвенирования гена 16S рРНК с использованием платформы Illumina MiSeq. Исследование проводилось с использованием оборудования ЦКП «Геномные технологии, протеомика и клеточная биология» Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии.

Результаты исследования

Физико-химическая характеристика мест отбора проб

Озеро Зун-Торей характеризовалось мелководностью, соленостью и щелочным значением рН воды (табл. 1). В момент проведения отбора проб температура воды составляла +26,7° С, рН 9,7, минерализация 7,8 г/л. Концентрация ионов натрия составляла 5,2 г/л, ионов хлора и сульфатов 0,56 г/л и 0,98 г/л, карбонатов и гидрокарбонатов 2,21 и 4,73 г/л соответственно. Типизация воды, по О. А. Алекину [Алекин, 1970], показала, что озеро относится к гидрокарбонатно-натриевому типу.

Физико-химические параметры воды озера Зун-Торей

Таблица 1

Озеро	Т, °С	рН	М	Na+	Сl-	SO42-	СО32-	НСО3-	Тип воды
Зун-Торей	+27	9,7	г/л						гидрокарбонатно-натриевый
			7,8	5,2	0,56	0,98	2,21	4,73

Примечание: Т — температура воды, М — минерализация, ОВП — окислительно-восстановительный потенциал.

Анализ микробного разнообразия

Впервые изучен таксономический состав микробного сообщества в донных осадках (9-ЗТ-21) и высулах (10-ЗТ-21) соленого щелочного озера Зун-Торей, с использованием высокопроизводительного секвенирования гена 16S рРНК.

Анализ сообщества проведен на 55 981 достоверной нуклеотидной последовательности, отнесенной к 781 ОТЕ. Сообщество биотопов было представлено доменом Bacteria . В донных осадках и высулах на его долю приходилось 95,4 и 99,1 %. Оставшиеся 0,9 и 4,6 % соответственно составляли представители домена Archaea .

В микробных сообществах биотопов озера Зун-Торей выявлены последовательности генов 16S рРНК представителей 18 бактериальных филумов.

В различных типах биотопов отмечены различия в таксономическом составе. В донных осадках (1-я проба) доминировали представители филумов Actinobacteriota (31 %), Bacteroidota (30 %), Proteobacteria (13 %), Firmicutes (12 %). В этом биотопе достаточно многочисленными были представители архей (4 %).

В высулах озера (2-я проба) доминировали представители филумов Bacteroi-dota (43 %), Actinobacteriota (19 %), Firmicutes (17 %), Proteobacteria (15 %). Представители архей были малочисленны (0,9 %).

Для оценки разнообразия микробных сообществ изученных биотопов были рассчитаны индексы разнообразия Shannon (табл. 2).

Таблица 2

Индексы таксономического разнообразия микробных сообществ в высулах и донных осадках озера Зун-Торей (Забайкальский край)

Образец/биотоп	Координаты	Кол-во классифицированных последовательностей, %	ASVs	Индекс разнообразия Шеннона
9-ЗТ-21/ донные осадки 24	N 50°9'48.04" E 115°48'43.26"	15 727/ 52,6	270	2,5
10-ЗТ-21/ высулы солей 23	N 50°9'50.05" E 115°48'43.34"	40 254/ 49,2	511	2,6
		55 981/ 50,9

Микробные сообщества были достаточно разнообразными, выявлено 511 ASVs в высулах и 270 ASVs в донных осадках. Индекс разнообразия Шеннона составлял в высулах 2,6 и в осадках 2,5.

Таксономический состав микробного сообщества в осадках озера Зун-Торей

Микробное сообщество в осадках (9-ЗТ-21) было достаточно разнообразным, в его составе было выявлено 15 727 филотипов (OTЕ), которые принадлежали 18 филумам.

В образце донных осадков доминировали бактерии, представители архея составляли долю 4 % (рис. 1).

,43%

0,01%

Донные осадки 9 -ЗТ-21

0,05%

0,24% 4,56%     ^,

6,68%

5,54%

7,86%

11,94%

30,87%

0,04%

0,11%

0,18%

0,06%

0,01%

,06%

29,60%

Archaea Acidobacteriota Actinobacteriota Bacteroidota Bdellovibrionota Campilobacterota Chloroflexi Cyanobacteria Deinococcota Desulfobacterota; Fibrobacterota Firmicutes Fusobacteriota Myxococcota Nitrospirota Patescibacteria Planctomycetota Alphaproteobacteria; Gammaproteobacteria; unclassified_Bacteria Verrucomicrobiota

Рис. 1. Таксономическое разнообразие микробного сообщества в осадках озера Зун-Торей

Археи в основном соотнесены c представителями родов Halalkaliococcus, Halohasta, Halorubrum, Natronococcus, Natronorubrum семейства Halobacteriaceae ; родами Methanobacterium, Methanobrevibacter семейства Methanobacteriaceae; Candidatus Nitrocosmicus, Candidatus Nitrosospharea семейства Nitrososphareacae , а также с неклассифицированными и некультивируемыми представителями указанных семейств.

Наибольшую долю в бактериальном сообществе донных осадков озера Зун-Торей составляли представители филумов Actinobacteriota (31 %), Bacteroidota (30 %), Firmicutes (12 %) и филума Proteobacteria : классов Alphaproteobacteria (8 %) и Gammaproteobacteria (5%). Незначительная доля в сообществе исследуемого озера приходилась на представителей других филумов (2 %) и филума Planctomyceotota (1 %). Неклассифицированные представители филумов составляли (7 %).

Филум Actinobacteriota в основном соотнесен с представителями порядков Micrococcales, Nitriliruptorales, Propionibacteriales, Microtrichales Rubro-bacterales, Coriobacteriales ; филум Bacteroidota с представителями порядков Bacteroidales, Chitinophagales, Flavobacteriales, Balneolales. Филум Firmicutes в основном соотнесен с представителями порядков Bacillales, Lactobacillales, Paenibacillales, Clostridiales . Филум Proteobacteria : классы Alphaproteobacteria и Gammaproteobacteria в основном соотнесены с представителями порядков Rhizobiales, Caulobacterales, Acetobacterales и Pseudomonadales, Oceanospirillales, Burkholderiales, Pseudomonadales соответственно.

Таким образом, филогенетический анализ показал достаточно разнообразное микробное сообщество донных осадков (1-я проба) озера Зун-Торей. Установлено, что наибольшую долю в бактериальном сообществе составляют представители филумов Actinobacteriota (31 %), Bacteroidota (30 %), Proteobacteria (13 %), Firmicutes (12 %).

Таксономический состав микробного сообщества в высулах озера Зун-Торей

Микробное сообщество в высулах озера (9-ЗТ-21) было достаточно разнообразным, в его составе было выявлено 81 873 филотипа (OTЕ), которые принадлежали 15 филумам.

В исследуемом биотопе доминировали бактерии, представители архей составляли менее 1 % (рис. 2).

Рис. 2. Таксономическое разнообразие микробного сообщества в высулах озера Зун-Торей

Филум Bacteroidota в микробном сообществе осадков по обилию последовательностей (43 %) занимал первое место. Филум Bacteroidota представлен в сообществе в основном двумя порядками: Cytophagales (33,62 %) и Flavo-bacteriales (9,05 %). Большая доля последовательностей этого филума имеет наибольшее сходство с неклассифицированными бактериями. Доминирующими классифицированными родами порядка Cytophagales были Mongoliicoccus (34 %), представители родов Cesiribacter, Indibacter и Pontibacter составляли до 2 %, соответственно. К ним относились виды Mongoliicoccus roseus (29 %) , Mongolii-coccus alkaliphilus, Cesiribacter sp. и др. Доминирующими классифицированными родами порядка Flavobacteriales были Antarcticibacterium (47,4 %) и незначительно были представлены роды Confluentibacter, Flavobacterium (менее 1 %).

По количеству последовательностей на втором месте был филум Actinobacteriota (19 %), который характеризовался присутствием в основном неклассифицированных бактерий Nitriliruptorales и других видов семейства Actinobacteria .

Незначительное количество последовательностей классифицировано до родов Egicoccus, Nitriliruptor, Rubrobacter.

На третьем месте был филум Firmicutes (17 %), преобладали различные неклассифицированные виды классов Bacilli (11 %) и Clostridia (4 %). Незначительное количество последовательностей классифицировано до родов Alkalicoccus, Lactobacillus, Streptococcus, Paenibacillus, Oceanobacillus, Desulfosporosinus.

На четвертом месте был филум Proteobacteria (15 %), представленный преимущественно Alphaproteobacteria (9 %) и Gammaproteobacteria (6 %). Самый многочисленный среди протеобактерий класс Alphaproteobacteria (9 %) характеризовался преобладанием некультивируемых представителей Rhizobiales (4,32 %), Rhodobacterales (2,87 %) и Sphingomonadales (1 %). Acetobacterales, Caulo-bacterales и Kiloniellales представляли менее 0,1 % числа альфапротеобактерий соответственно.

Незначительное количество последовательностей классифицировано до родов Roseococcus, Brevundimonas, Salinarimonas, Paracoccus, Porphyrobacter.

Gammaproteobacteria (6 %) были более разнообразны, включая доминирующих представителей порядков Pseudomonadales (2,4 %), Oceanospirillales (1,75 %), Burkholderiales (1 %) и минорных представителей (менее 1%) порядков Cell-vibrionales, Enterobacterales, Legionellales, Pasteurellales, Xanthomonadales. Обнаружено значительное количество последовательностей некультивируемых представителей родов Nitrosomonas , Thioalkalivibrio, Halomonas, Pseudomonas, Neisseria.

Незначительная доля в биотопе озерных высулов приходилась на представителей филума Planctomycetota (2 %) и других филумов (менее 1 %). Неклассифицированные представители филумов составляли (3 %).

Таким образом, филогенетический анализ показал достаточно разнообразное микробное сообщество озерных высулов щелочного озера Зун-Торей. Установлено, что наибольшую долю в бактериальном сообществе составляют представители филумов Bacteroidota (43 %) , Actinobacteriota (19 %), Firmicutes (17 %), Proteobacteria (15 %). Архейное разнообразие в образце озерных высулов составляло менее 1 %.

Таблица 3

Доминирующие филумы в изученных биотопах озера Зун-Торей

Донные осадки (9-ЗТ-21)	Высулы (10-ЗТ-21)
Bacteroidota (30 %)	Bacteroidota (43 %)
Actinobacteriota (31 %)	Actinobacteriota (19 %)
Proteobacteria (13 %)	Proteobacteria (15 %)
Firmicutes (12 %)	Firmicutes (17 %)
Archaea (4 %)	Archaea (1 %)
Planctomycetota (1 %)	Planctomycetota (2 %)
Неклассифицированные представители филумов составляли 7 %	Неклассифицированные представители филумов составляли 3 %
Другие (2 %)	Другие (1 %)

Заключение

Таким образом, выявлено высокое сходство в разнообразии микробных сообществ и распространении доминирующих таксонов в изученных биотопах соленого щелочного озера Зун-Торей. При рассмотрении таксономической структуры изученных биотопов было выявлено, что на уровне доменов преобладали бактерии до 99 %, доля архея достигала 4 %. Архейное разнообразие было отмечено в обоих биотопах, но представителей архей было больше в донных осадках — до 4 %, также как и неклассифицированных представителей филумов до 7%.

Доминирующими филумами в обоих биотопах были Bacteroidota (30 % и 43 %), Actinobacteriota (31 % и 19 %), Proteobacteria (13 % и 15 %), Firmicutes (12 % и 17 %) в донных осадках и высулах соответственно. Уникальные для каждого биотопа рода за редким исключением представлены единичными последовательностями.