Anaerobic selenite-reducing bacteria and their metabolic potentials in Se-rich sediment revealed by the combination of DNA-stable isotope probing, metagenomic binning, and metatranscriptomics

基因组 稳定同位素探测 生物 地杆菌 缺氧水域 生物地球化学循环 还原酶 环境化学 微生物 细菌 微生物学 生物化学 化学 基因 遗传学 生物膜 生态学
作者
Rui Xu,Max Kolton,Tao Wan,Xiaoxu Sun,Pingzhou Su,Duanyi Huang,Miaomiao Zhang,Zhaohui Yang,Zhaohui Guo,Hanbing Gao,Qi Wang,Baoqin Li,Chengyu Chen,Weimin Sun
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:457: 131834-131834 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.131834
摘要

Microorganisms play a critical role in the biogeochemical cycling of selenium (Se) in aquatic environments, particularly in reducing the toxicity and bioavailability of selenite (Se(IV)). This study aimed to identify putative Se(IV)-reducing bacteria (SeIVRB) and investigate the genetic mechanisms underlying Se(IV) reduction in anoxic Se-rich sediment. Initial microcosm incubation confirmed that Se(IV) reduction was driven by heterotrophic microorganisms. DNA stable-isotope probing (DNA-SIP) analysis identified Pseudomonas, Geobacter, Comamonas, and Anaeromyxobacter as putative SeIVRB. High-quality metagenome-assembled genomes (MAGs) affiliated with these four putative SeIVRB were retrieved. Annotation of functional gene indicated that these MAGs contained putative Se(IV)-reducing genes such as DMSO reductase family, fumarate and sulfite reductases. Metatranscriptomic analysis of active Se(IV)-reducing cultures revealed significantly higher transcriptional levels of genes associated with DMSO reductase (serA/PHGDH), fumarate reductase (sdhCD/frdCD), and sulfite reductase (cysDIH) compared to those in cultures not amended with Se(IV), suggesting that these genes played important roles in Se(IV) reduction. The current study expands our knowledge of the genetic mechanisms involved in less-understood anaerobic Se(IV) bio-reduction. Additinally, the complementary abilities of DNA-SIP, metagenomics, and metatranscriptomics analyses are demonstrated in elucidating the microbial mechanisms of biogeochemical processes in anoxic sediment.
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