Таксономическая и функциональная характеристика ксеротолерантного культивируемого прокариотного сообщества серозема пустыни Негев

Таксономическая и функциональная характеристика ксеротолерантного культивируемого прокариотного сообщества серозема пустыни Негев

Автор: Белов А.А., Чепцов В.С.

Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil

Рубрика: Статьи

Статья в выпуске: 116, 2023 года.

Бесплатный доступ

Несмотря на значительное расширение географии исследований почвенных микроорганизмов в различных, в том числе, экстремальных природных средах, исследования биоразнообразия и метаболической активности почвенных микробных сообществ в условиях дефицита влаги являются немногочисленными. Нами изучено биоразнообразие культивируемых бактерий, выделенных из поверхностного горизонта серозема (Aridic Calcisol) пустыни Негев, после прединкубации почвенных образцов в условиях низкой доступности воды. Выявлено возрастание разнообразия культивируемых бактерий после прединкубации по сравнению с сообществом, выделенным из нативной почвы. Из нативных и прединкубированных образцов были выделены и идентифицированы 153 фенотипически уникальные чистые культуры бактерий 22 родов, относящихся к филумам Actinomycetota, Pseudomonadota, Bacillota и Bacteroidota. Таксономическое разнообразие культивируемых бактерий, выделенных из прединкубированных при активности воды (Aw) 0.90 образцов, было в 2 раза выше, чем при выделении из нативной почвы. Выявлен штамм рода Pedobacter, который может являться представителем не описанного ранее вида бактерий. Обнаружены бактерии родов Aerococcus,Bacillus, Brevibacterium, Staphylococcus и Stenotrophomonas, способные расти при Aw 0.91. Выявлен один штамм рода Microlunatus, способный к росту на безазотистой среде, проявляющий амилазную и протеазную активность и способный расти на среде с Aw вплоть до 0.96. Полученные результаты подтверждают гипотезу о том, что аридные экосистемы, в частности, пустынные почвы и породы, являются депозитарием ранее не изученного таксономического разнообразия бактерий с уникальными физиологическими свойствами, перспективными для изучения и потенциального внедрения в биотехнологические процессы.

Еще

Аридизация, актинобактерии, накопительная культура, активность воды, биоразнообразие

Короткий адрес: https://sciup.org/143180765

IDR: 143180765   |   DOI: 10.19047/0136-1694-2023-116-129-154

Список литературы Таксономическая и функциональная характеристика ксеротолерантного культивируемого прокариотного сообщества серозема пустыни Негев

  • Белов А.А., Чепцов В.С., Лысак Л.В. Методы идентификации почвенных микроорганизмов. М.: МАКС Пресс, 2020. 196 с.
  • Adhikari K., Hartemink A.E. Linking soils to ecosystem services - A global review // Geoderma. 2016. Vol. 262. P. 101-111. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2015.08.009.
  • Alotaibi M.O., Sonbol H.S., Alwakeel S.S., Suliman R.S., Fodah R.A., Jaffal A.S.A., AlOthman N. I., Mohammed A.E. Microbial diversity of some sabkha and desert sites in Saudi Arabia // Saudi Journal of Biological Sciences. 2020. Vol. 27. No. 10. P. 2778-2789. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2020.06.038.
  • Azua-Bustos A., González-Silva C. Biotechnological applications derived from microorganisms of the Atacama Desert // BioMed research international. 2014. Vol. 2014. https://doi.org/10.1155/2014/909312.
  • Belov A.A., Cheptsov V.S., Manucharova N.A., Ezhelev Z.S. Bacterial communities of Novaya Zemlya archipelago ice and permafrost // Geosciences. 2020. Vol. 10. No. 2. P. 67. https://doi.org/10.3390/geosciences10020067.
  • Belov A.A., Cheptsov V.S., Vorobyova E.A. Soil bacterial communities of Sahara and Gibson deserts: Physiological and taxonomical characteristics // AIMS Microbiol. 2018. Vol. 4. No. 4. P. 685. https://doi.org/10.3934/microbiol.2018.4.685.
  • Belov A.A., Cheptsov V.S., Vorobyova E.A., Manucharova N.A., Ezhelev Z.S. Stress-tolerance and taxonomy of culturable bacterial communities isolated from a central Mojave Desert soil sample // Geosciences. 2019. Vol. 9. No. 4. P.166. https://doi.org/10.3390/geosciences9040166.
  • Bodor A., Bounedjoum N., Vincze G.E., Erdeiné Kis Á., Laczi K., Bende G., Szilágyi A., Kovács T., Perei K., Rákhely G. Challenges of unculturable bacteria: environmental perspectives // Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 2020. Vol. 19. No. 1. P. 1-22. https://doi.org/10.1007/s11157-020-09522-4.
  • Bull A.T. Actinobacteria of the extremobiosphere // Extremophiles Handbook, K. Horikoshi (Ed.). Tokyo: Springer, 2011. P. 1203-1240. https://doi.org/10.1007/978-4-431-53898-1_58.
  • Cervenka L., Vytrasova M., Jelinek D., Brezina P. Determination of minimum water activity values for the survival of bacteria in a culture medium // Bulletin of Food Research. 2002. Vol. 41. No. 1. P. 59-68. URL: https://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=SK2002000296.
  • Cheptsov V., Vorobyova E., Belov A., Pavlov A., Tsurkov D., Lomasov V., Bulat S. Survivability of soil and permafrost microbial communities after irradiation with accelerated electrons under simulated Martian and open space conditions // Geosciences. 2018. Vol. 8. No. 8. P. 298. https://doi.org/10.3390/geosciences8080298.
  • Cheptsov V.S., Belov A.A., Sotnikov I.V. Diversity of Bacteria Cultured from Arid Soils and Sedimentary Rocks Under Conditions of Available Water Deficiency // Eurasian Soil Science. 2023. Vol. 56. No. 5. In press.
  • Cheptsov V.S., Vorobyova E.A., Manucharova N.A., Gorlenko M.V., Pavlov A.K., Vdovina M.A., Bulat, S.A. 100 kGy gamma-affected microbial communities within the ancient Arctic permafrost under simulated Martian conditions // Extremophiles. 2017. Vol. 21. No. 6. P. 1057-1067. https://doi.org/10.1007/s00792-017-0966-7.
  • Chun J., Oren A., Ventosa A., Christensen H., Arahal D.R., da Costa M.S., Rooney A.P., Yi H., Xu X.W., De Meyer S., Trujillo M.E. Proposed minimal standards for the use of genome data for the taxonomy of prokaryotes // International journal of systematic and evolutionary microbiology. 2018. Vol. 68. No. 1. P. 461-466. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.002516.
  • Connon S.A., Lester E.D., Shafaat H.S., Obenhuber D.C., Ponce A. Bacterial diversity in hyperarid Atacama Desert soils // Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 2007. Vol. 112. No. G4. https://doi.org/10.1029/2006JG000311.
  • Fontana Jr A.J. Minimum Water Activity Limits for Growth of Microorganisms // Water Activity in Foods. 2020. Vol. 406. P. 571-572. https://doi.org/10.1002/9781118765982.
  • Goodfellow M., Nouioui I., Sanderson R., Xie F., Bull A.T. Rare taxa and dark microbial matter: novel bioactive actinobacteria abound in Atacama Desert soils // Antonie van Leeuwenhoek. 2018. Vol. 111. No. 8. P. 1315-1332. https://doi.org/10.1007/s10482-018-1088-7.
  • Grant W.D. Life at low water activity // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 2004. Vol. 359. No. 1448. P. 1249-1267. https://doi.org/10.1098/rstb.2004.1502.
  • Harwani D. Biodiversity of rare thermophilic actinomycetes in the great Indian Thar desert: an overview // Indo American Journal of Pharmaceutical Research. 2013. Vol. 3. P. 9349-9356.
  • Jackson R.B., Anderson L.J., Pockman W.T. Measuring water availability and uptake in ecosystem studies // Methods in ecosystem science. Springer, New York, NY, 2000. P. 199-214. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-1224-9_14.
  • Kakumanu M.L., Cantrell C.L., Williams M.A. Microbial community response to varying magnitudes of desiccation in soil: a test of the osmolyte accumulation hypothesis // Soil Biology and Biochemistry. 2013. Vol. 57. P. 644-653. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2012.08.014.
  • Kudrevatykh I.Y., Kalinin P.I., Mitenko G.V. The effect of changes vegetation cover on the chemical properties of steppe soils during climate aridization // Plant and Soil. 2022. P. 1-20. https://doi.org/10.1007/s11104-022-05704-x.
  • Lebre P.H., De Maayer P., Cowan D.A. Xerotolerant bacteria: surviving through a dry spell // Nature Reviews Microbiology. 2017. Vol. 15. No. 5. P. 285-296. https://doi.org/10.1038/nrmicro.2017.16.
  • Lin L., Li Z., Hu C., Zhang X., Chang S., Yang L., An Q. Plant growth-promoting nitrogen-fixing enterobacteria are in association with sugarcane plants growing in Guangxi, China // Microbes and environments. 2012. Vol. 27. No. 4. P. 391-398. https://doi.org/10.1264/jsme2.ME11275.
  • Luo X., Wang J., Zeng X.C., Wang Y., Zhou L., Nie Y., Fang C. Mycetocola manganoxydans sp. nov., an actinobacterium isolated from the Taklamakan desert // International journal of systematic and evolutionary microbiology. 2012. Vol. 62. No. 12. P. 2967-2970. https://doi.org/10.1099/ijs.0.038877-0.
  • Margesin R., Schinner F. Potential of halotolerant and halophilic microorganisms for biotechnology // Extremophiles. 2001. Vol. 5. No. 2. P. 73-83. https://doi.org/10.1007/s007920100184.
  • Mohammadipanah F., Wink J. Actinobacteria from arid and desert habitats: diversity and biological activity // Frontiers in microbiology. 2016. Vol. 6. P. 1541. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.01541.
  • Molina-Menor E., Gimeno-Valero H., Pascual J., Peretó J., Porcar M. High culturable bacterial diversity from a European desert: The Tabernas desert // Frontiers in Microbiology. 2021. Vol. 11. P. 583120. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.583120.
  • Montero-Calasanz M., Göker M., Rohde M., Schumann P., Pötter G., Spröer C., Klenk H. P. Geodermatophilus siccatus sp. nov., isolated from arid sand of the Saharan desert in Chad // Antonie van Leeuwenhoek. 2013. Vol. 103. No. 3. P. 449-456. https://doi.org/10.1007/s10482-012-9824-x.
  • Nithya K., Muthukumar C., Biswas B., Alharbi N.S., Kadaikunnan S., Khaled J.M., Dhanasekaran D. Desert actinobacteria as a source of bioactive compounds production with a special emphases on Pyridine-2, 5-diacetamide a new pyridine alkaloid produced by Streptomyces sp. DA3-7 // Microbiological Research. 2018. Vol. 207. P. 116-133. https://doi.org/10.1016/j.micres.2017.11.012.
  • Porres J.M., Harris D. Rapid gelatin liquefaction test // American Journal of Clinical Pathology. 1974. Vol. 62. No. 3. P. 428-430. https://doi.org/10.1093/ajcp/62.3.428.
  • Reasoner D.J., Geldreich E.E. A new medium for the enumeration and subculture of bacteria from potable water // Applied and Environmental Microbiology. 1985. Vol. 49. No. 1. P. 1-7. https://doi.org/10.1128/aem.49.1.1-7.1985.
  • Santhanam R., Rong X., Huang Y., Andrews B.A., Asenjo J.A., Goodfellow M. Streptomyces bullii sp. nov., isolated from a hyper-arid Atacama Desert soil // Antonie van Leeuwenhoek. 2013. Vol. 103. No. 2. P. 367-373. https://doi.org/10.1007/s10482-012-9816-x.
  • Savage M.J., Ritchie J. T., Bland W.L., Dugas, W.A. Lower limit of soil water availability // Agronomy Journal. 1996. Vol. 88. No. 4. P. 644-651. https://doi.org/10.2134/agronj1996.00021962008800040024x.
  • Solden L., Lloyd K., Wrighton K. The bright side of microbial dark matter: lessons learned from the uncultivated majority // Current opinion in microbiology. 2016. Vol. 31. P. 217-226. https://doi.org/10.1016/j.mib.2016.04.020.
  • Stanaszek-Tomal E. Environmental factors causing the development of microorganisms on the surfaces of national cultural monuments made of mineral building materials // Coatings. 2020. Vol. 10. No. 12. P. 1203. https://doi.org/10.3390/coatings10121203.
  • Stevenson A., Hallsworth J.E. Water and temperature relations of soil Actinobacteria // Environmental microbiology reports. 2014. Vol. 6. No. 6. P. 744-755. https://doi.org/10.1111/1758-2229.12199.
  • Sun Y., Shi Y.L., Wang H., Zhang T., Yu L.Y., Sun H., Zhang Y.Q. Diversity of bacteria and the characteristics of actinobacteria community structure in Badain Jaran Desert and Tengger Desert of China // Frontiers in Microbiology. 2018. Vol. 9. P. 1068. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.01068.
  • Warren-Rhodes K.A., Lee K.C., Archer S.D., Cabrol N., Ng-Boyle L., Wettergreen D., Pointing S.B. Subsurface microbial habitats in an extreme desert Mars-analog environment // Frontiers in Microbiology. 2019. Vol. 69. P. 1-11. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00069.
  • Winston P.W., Bates D.H. Saturated solutions for the control of humidity in biological research // Ecology. 1960. Vol. 41. No. 1. P. 232-237. https://doi.org/10.2307/1931961.
  • Zalibekov Z.G. The arid regions of the world and their dynamics in conditions of modern climatic warming // Arid Ecosystems. 2011. Vol. 1 No. 1. P. 1-7. https://doi.org/10.1134/S2079096111010094.
  • Zenova G.M., Gryadunova A.A., Doroshenko E.A., Likhacheva A.A., Sudnitsyn I.I., Pochatkova T.N., Zvyagintsev D.G. Influence of moisture on the vital activity of actinomycetes in a cultivated low-moor peat soil. // Eurasian Soil Science. 2007. Vol. 40. No. 5. P. 560-564. https://doi.org/10.1134/S1064229307050110.
  • Zenova G.M., Manucharova N.A., Zvyagintsev D.G. Extremophilic and extremotolerant actinomycetes in different soil types // Eurasian Soil Science 2011. Vol. 44. No. 4. P. 417-436. https://doi.org/10.1134/S1064229311040132.
  • Zvyagintsev D.G., Zenova G.M., Sudnitsyn I.I., Gracheva T.A., Lapygina E.V., Napol’skaya K.R., Sydnitsyna A.E. Development of actinomycetes in brown semidesert soil under low water pressure // Eurasian soil science. 2012. Vol. 45. No. 7. P. 717-723. https://doi.org/10.1134/S1064229312030155.
  • Zvyagintsev D.G., Zenova G.M., Sudnitsyn I.I., Gracheva T.A., Napol’skaya K.R., Belousova M.A. Dynamics of spore germination and mycelial growth of streptomycetes under low humidity conditions // Microbiology. 2009. Vol. 78. No. 4. P. 440-444. https://doi.org/10.1134/S0026261709040079.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp