Разнообразие сульфатредуцирующих бактерий в щелочном озере Белое (Западное Забайкалье)

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

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

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

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

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 -80º 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). Пиросеквенирование 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) . 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 Chao1 estimator ,

Ace — the ACE estimator ,

Индекс Шеннона ,

Индекс Симпсона .

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.

Таблица 1

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

Разнообразие сульфатредуцирующих бактерий в пробе осадка оз. Белое

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 О 2 к анаэробным условиям с избытком H 2 S 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 юговосточного 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 4 /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