Interspecies electron transfer as one of key drivers of methanogenic consortia succession within quorum sensing regulation

群体感应 产甲烷 基因组 水平基因转移 化学 微生物种群生物学 电子转移 古细菌 生物膜 丰度(生态学) 基因 生物 甲烷八叠球菌 相对物种丰度 生态演替 细菌 氧化还原 微生物生态学 生态学 生物化学 微生物学 调解人 微生物 钥匙(锁) 辅因子 细胞生物学 计算生物学 无氧运动 群落结构
作者
Shunan Zhao,Fangzhou Wang,Liuying Song,Shaoqing Zhu,Suo Liu,Kai Zhao,Ruiping Liu,Yu‐You Li
出处
期刊:ISME Communications [Springer Nature]
卷期号:5 (1): ycaf165-ycaf165 被引量:12
标识
DOI:10.1093/ismeco/ycaf165
摘要

Abstract Robust interspecies interactions are essential for efficient methanogenesis in anaerobic digestion. This study investigated the impact of quorum sensing (QS) enhancement on the succession of methanogenic communities during anaerobic digestion. The QS stimulation via exogenous N-acyl-homoserine lactones enhanced methane production by 18.8%–22.1%. Moreover, QS shaped microbial community succession toward a more deterministic assembly, selectively enriching key syntrophs (Pelotomaculum, Smithella), and methanogens (Methanobacterium, Methanothrix). Metagenomic analysis revealed that QS induced genes related to transcription, transport, and cofactor biosynthesis instead of directly regulating carbon metabolism. In this context, interspecies electron transfer emerges as a critical factor regulating interspecies interactions under QS regulation. Specifically, QS enhancement boosted redox mediator secretion, and the concentration of 2-amino-3-carboxy-1,4-naphthoquinone and phenazine increased by 7.8- and 4.8-fold, respectively. QS enhancement also induced higher abundance of c-type cytochromes. Moreover, the higher electron transfer coefficients were detected with 40.2%–89.9% increase. Further, QS also enhanced relative abundance of genes involved in Complex I/III and ferredoxin-dependent hydrogenases, promoting electron flow from syntrophs to methanogens. These effects induced higher relative abundance of genes associated with syntrophic propionate/butyrate oxidation and hydrogenotrophic/acetotrophic methanogenesis. Collectively, given that the similar regulation pathway is widely distributed in anaerobes, these findings identify QS as a critical ecological signal that drives functional microbial succession.
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