Genome-ResolvedMetagenomics Reveals Dominant Enrichmentand Metabolic Adaptations of Thauera sp. in ActivatedSludge under Carbon Limitation

基因组 生物 亚硝酸盐 反硝化 活性污泥 反硝化细菌 废水 序批式反应器 污水处理 比较基因组学 优势(遗传学) 基因组 厌氧氨氧化菌 微生物学 化学 环境化学 念珠菌 基因
作者
Jiawei Yuan,Yirui Suo,Da Kang,James P. Shapleigh,Bo Wang,Rui Du,Yongzhen Peng
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.6c01742
摘要

Abstract Partial denitrification has been proposed as an alternative route to supply nitrite for anammox bacteria. The genus Thauera is frequently dominant in this process, yet the genomic basis for its ecological success within activated sludge remains unclear. Here, genome-resolved metagenomics was used to elucidate the genomic traits favoring its dominance under carbon (acetate)-limited conditions. Stable nitrite accumulation was achieved during treatment of low-strength ammonium wastewater (∼30 mg N/L) only under carbon limitation, whereas no nitrite accumulation occurred under carbon-sufficient conditions. The dominant high-quality metagenome-assembled genomes (MAGs) differed markedly between the two reactors. A near-complete MAG, affiliated with T. aminoaromatica (98.9% completeness and 0.4% contamination), dominated the carbon-limited reactor (27.0 ± 3.2%) but was rare in the carbon-sufficient reactor (0.6 ± 0.5%). The Thauera MAG encoded 4 copies of the acetate transporter genes (actP), a complete gene set for denitrification and internal carbon synthesis. Consistently, acetate limitation significantly increased both polyhydroxyalkanoate (PHA) content and the abundance of PHA-encoding microbes. Comparative genomics with 39 Thauera reference genomes further indicated selective enrichment of narG-containing Thauera lineages associated with nitrite accumulation. This study provides genomic insights into the ecological dominance of Thauera, highlighting its metabolic versatility and adaptive advantages in low-carbon wastewater treatment systems.
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