土壤砷污染是全球性環(huán)境問題，在水稻土壤中主要以二甲基砷（DMAs）形態(tài)存在，過量積累DMAs會誘發(fā)“直穗病”，影響水稻結(jié)實。目前尚無有效的防控措施。今天給大家?guī)淼姆窒硎悄暇┺r(nóng)業(yè)大學(xué)趙方杰教授團隊與中科院微生物所東秀珠團隊在土壤二甲基砷脫甲基，緩解水稻直穗病相關(guān)領(lǐng)域的研究成果。

題目：ISME｜宏基因組binning研究揭示土壤微生物群協(xié)同互作二甲基砷脫甲基機制

期刊：The ISME Journal? ? ?

影響因子：11? ? ??

發(fā)表時間：2023年8月

本研究通過對甲基營養(yǎng)型富集培養(yǎng)液進行宏基因組測序，binning得到兩株產(chǎn)甲烷菌。研究發(fā)現(xiàn)甲基營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷馬賽球菌（Methanomassiliicoccus）與細菌共營將DMAs脫甲基，向土壤添加產(chǎn)甲烷馬賽球菌與梭菌的共培養(yǎng)液可顯著降低水稻對DMAs的積累，有效緩解水稻“直穗病”。

甲基營養(yǎng)型富集液由凌恩生物進行宏基因組測序，binning獲得了17個產(chǎn)甲烷MAGs，中高質(zhì)量且污染<2.4%的甲基營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷古菌有8個。

研究主要分為三個部分：

1.?分離得到兩株甲基營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷古菌Methanomassiliicoccusluminyensis（CZDD1）和Methanosarcina mazei（CZ1）

從水稻土中富集不同營養(yǎng)型的產(chǎn)甲烷古菌，其中甲基營養(yǎng)型富集液對DMAs的脫甲基能力最強（圖1A），因此對甲基營養(yǎng)型富集液進行宏基因組測序，binning獲得了17個產(chǎn)甲烷MAGs，基于16 S rRNA基因同源性分析，發(fā)現(xiàn)其中兩個MAGs與實驗室可培養(yǎng)菌高度同源，分別是Methanomassiliicoccusluminyensis（CZDD1）和Methanosarcina mazei（CZ1），且它們是主要的產(chǎn)甲烷古菌（圖1B）。進一步分析發(fā)現(xiàn)，CZDD1可以顯著加速了富集液中DMAs脫甲基過程，CZ1會抑制DMAs的脫甲基過程。

2.?厭氧細菌輔助參與DMAs的脫甲基過程

CZDD1是H2依賴性甲基營養(yǎng)型甲烷菌，H2是一些厭氧細菌產(chǎn)生，因此研究者探究厭氧細菌是否在DMA（V）去甲基化中起作用。發(fā)現(xiàn)厭氧細菌如梭菌輔助參與DMAs的脫甲基過程，這些厭氧細菌通過原位發(fā)酵產(chǎn)生H2供給CZDD1生長，并且將DMAs(V)還原為DMAs(III)，為CZDD1提供脫甲基底物。

3.?盆栽試驗

采用一份砷甲基化能力強的水稻土進行盆栽試驗，將CZDD1+梭菌CZB5共培養(yǎng)液添加至水稻土中，發(fā)現(xiàn)可以加速土壤中DMAs的脫甲基過程，降低水稻對DMAs的積累，有效緩解水稻“直穗病”。

本研究進一步比較了6個水稻土和6個旱地土壤在淹水還原條件下對DMAs脫甲基的能力，發(fā)現(xiàn)旱地土壤產(chǎn)甲烷古菌豐度較低，對DMAs脫甲基的能力顯著低于水稻土。這可能是旱改水耕作容易出現(xiàn)水稻“直穗病”的重要原因。

研究結(jié)論

本研究揭示了稻田土壤中DMAs脫甲基的功能微生物及脫甲基途徑與機制，為水稻“直穗病”的治療提供理論依據(jù)。

閱讀原文

Methylotrophic methanogens and bacteria synergistically?demethylate dimethylarsenate in paddy soil and alleviate rice?straighthead disease.The ISME Journal,2023