一种新型的高效氮去除能力HN-AD菌株——Paenibacillus glycanilyticus DQ-1：对其氮代谢机制的基因组学研究

《BMC Microbiology》：A novel HN-AD strain Paenibacillus glycanilyticus DQ-1 with high-efficiency nitrogen removal capacity: genomic insights into its nitrogen metabolic mechanism

　　

摘要

背景

水产养殖业的迅速扩张加剧了富含氮的废水的排放，带来了严重的生态风险。使用HN-AD细菌进行生物处理是一种可持续的方法，但大多数传统菌株缺乏长期的环境适应性。关键瓶颈在于寻找新型的、具有强适应能力的菌株，尤其是能够形成孢子的革兰氏阳性细菌。此外，这些菌株所具有的非典型代谢机制在很大程度上仍未被探索。本研究从水产养殖污泥中分离出一种新型HN-AD菌株Paenibacillus glycanilyticus DQ-1，并对其氮去除性能和基因组代谢途径进行了研究。

方法

通过16S rRNA基因测序和形态分析，分离并鉴定了DQ-1菌株。在好氧条件下，使用不同的氮源（包括铵氮（NH??-N）、硝酸盐氮（NO??-N）、总无机氮（TIN）和羟胺氮（NH?OH-N）评估了其氮去除效率。利用PacBio Sequel II平台进行了全基因组测序，以鉴定功能基因并重建氮代谢途径。

结果

DQ-1菌株在36小时内实现了93.26%的铵氮（NH??-N）和100%的硝酸盐氮（NO??-N）去除，总无机氮（TIN）去除率为95.92%。基因组分析显示其具有完整的硝酸盐还原途径（nasAB和< />）。值得注意的是，尽管缺乏典型的羟胺氧化还原酶基因（hao），该菌株仍能去除74.67%的羟胺氮（NH?OH-N），并且携带一个假定的氨单加氧酶基因（amo）。这些结果表明，DQ-1采用了一种与已知HN-AD模型不同的非典型途径来高效转化氮。

结论

Paenibacillus glycanilyticus DQ-1在形成孢子的能力以及一种不依赖于hao的代谢途径方面与典型的HN-AD细菌有所不同。本研究首次提供了关于Paenibacillus glycanilyticus氮去除能力的全面基因组见解，丰富了用于可持续环境修复的微生物资源库。