ISME：金属污染的含水层中微生物群落的选择压力

美国学者Hans K. Carlson等人于2018年12月6日在《 The ISME Journal》上发表题目为《The selective pressures on the microbial community in a metal-contaminated aquifer》的文章。在该研究中，结合实验室和野外数据，我们测试了田纳西州橡树岭实地研究中心水样品中的Rhodanobacter在大多数受污染的孔中选择性富集的假设，它们对一部分离子具有抗性。

研究摘要

在许多环境中，有毒化合物会抑制微生物的存在。然而，在这些复杂的混合物中，确定哪种特定化合物引起微生物的丰度变化并抑制其生长是具有挑战性的。

我们专注于美国田纳西州橡树岭的污染含水层，其含有不同梯度的pH值和不同浓度的铀，硝酸盐和许多其他无机离子。在污染最严重的孔中，微生物群落富含Rhodanobacter。Rhodanobacter丰度与低pH和高浓度的铀和13种其他离子呈正相关，我们试图确定哪些离子是选择性压力，有利于Rhodanobacter的生长而不是其他菌群。在这些离子中，低pH和高UO22+，Mn2+，Al3+，Cd2+，Zn2+，Co2+和Ni2+都是（a）选择性抑制在未受污染和受污染的孔中的Rhodanobacter分离菌株，（b）在Rhodanobacter主导的孔中达到毒性浓度（对于Pseudomonas分离株）。我们使用离子混合物来模拟污染最严重的孔中的地下水状况，并证实除了Rhodanobacter之外的少数分离菌株可以耐受这8种离子。

这些结果阐明了哪些离子可能是影响该田间微生物群落的因果因素，并且不仅仅与分类学变化相关。此外，我们的高通量方法可以应用于其他环境，分离菌株和条件，以系统地帮助识别微生物群落的选择压力。

文中主要图片说明

图1 田纳西州橡树岭实地研究中心（ORFRC）水样品中离子浓度与主要的属之间的相关性。a 来自ORFRC的地下水样品中离子浓度之间的Spearman等级相关性（ρ）的热图。色标与b中的相同。相关值高于0.75也显示为0.75的着色。b离子浓度与八个最丰富属的相对丰度之间等级相关性的Spearman热图。c来自ORFRC的孔的地下水样品中U和pH的浓度。如果样品中含有> 5％的Rhodanobacter，则符号为红色。d来自ORFRC的地下水样品中Rhodanobacter（红色圆圈）和假单胞菌（黑色x）的相对丰度与U和pH浓度的关系。

图2 敏感的Pseudomonas分离株和抗性Rhodanobacter分离株之间IC50s的比较。a 荧光Pseudomonas菌株FW300-N2E2（N2E2）和Rhodanobacter菌株FW104-10B01（10B01）的pH曲线。b乙酸双氧铀（UO22+）抑制N2E2和10B01的剂量-反应曲线。c用于剂量反应测定的80种无机离子。对于一些阳离子，制备了次氮基三乙酸（NTA）络合物。其他缩写是PPi（焦磷酸盐）和EDTA（乙二胺四乙酸）。d N2E2和10B01的IC50s的比较。将pH绘制为[H3O+]。对角线代表N2E2和10B01的相等IC50s。e N2E2 / 10B01 IC50比率（选择性）的比较和Rhodanobacter相对丰度与离子浓度（环境相关性）之间的Spearman等级相关性。水平线代表N2E2和10B01的相等IC50s。f维恩图显示相比10B01，更选择性抑制N2E2的离子（选择性，红色），与野外调查中与Rhodanobacter相对丰度的增加显著正相关的离子（黄色）。

图3 不同离子浓度的IC50s的比较。Pseudomonas fluorescens 菌株FW300-N2E2（N2E2）的IC50s与大多数污染孔中每种离子的平均浓度相比较。对角线表示N2E2 IC50s相当于或大于污染最多的孔中的浓度的10倍。b大多数污染孔中的离子毒性（大多数污染孔中的平均[离子]与N2E2 IC50的比率）与环境相关性（如图2e中所定义）之间的比较。c维恩图表示选择性抑制N2E2与10B01（选择性，红色）的离子，与野外调查中Pseudomonas丰度增加显著正相关（相关，黄色）或者在污染最严重的孔中达到N2E2的毒性浓度（有毒，蓝色）。

图4 生长条件对离子毒性的影响。Pseudomonas fluorescens菌株FW300-N2E2（N2E2）的IC50s与大多数污染孔中每种无机离子的平均浓度相比较。每个生长条件下的IC50s由图例中的符号表示。着色如图3c所示。对角线代表N2E2 IC50s相当于污染最严重的井中平均[离子]的10倍。

图5 ORFRC分离菌株对大多数污染孔中平均浓度离子的敏感性。a对离子混合物具有抗性的分离菌株分数。b在pH 7下通过七种选择性离子的混合物抑制分离菌株。

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