Metabolic coupling between soil aerobic methanotrophs and denitrifiers in rice paddy fields

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作者
Kang‐Hua Chen,Jiao Feng,Paul L. E. Bodelier,Ziming Yang,Qiaoyun Huang,Manuel Delgado‐Baquerizo,Peng Cai,Wenfeng Tan,Yu‐Rong Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 3471-3471 被引量:52
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47827-y
摘要

Abstract Paddy fields are hotspots of microbial denitrification, which is typically linked to the oxidation of electron donors such as methane (CH 4 ) under anoxic and hypoxic conditions. While several anaerobic methanotrophs can facilitate denitrification intracellularly, whether and how aerobic CH 4 oxidation couples with denitrification in hypoxic paddy fields remains virtually unknown. Here we combine a ~3300 km field study across main rice-producing areas of China and 13 CH 4 -DNA-stable isotope probing (SIP) experiments to investigate the role of soil aerobic CH 4 oxidation in supporting denitrification. Our results reveal positive relationships between CH 4 oxidation and denitrification activities and genes across various climatic regions. Microcosm experiments confirm that CH 4 and methanotroph addition promote gene expression involved in denitrification and increase nitrous oxide emissions. Moreover, 13 CH 4 -DNA-SIP analyses identify over 70 phylotypes harboring genes associated with denitrification and assimilating 13 C, which are mostly belonged to Rubrivivax , Magnetospirillum , and Bradyrhizobium . Combined analyses of 13 C-metagenome-assembled genomes and 13 C-metabolomics highlight the importance of intermediates such as acetate, propionate and lactate, released during aerobic CH 4 oxidation, for the coupling of CH 4 oxidation with denitrification. Our work identifies key microbial taxa and pathways driving coupled aerobic CH 4 oxidation and denitrification, with important implications for nitrogen management and greenhouse gas regulation in agroecosystems.
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