Organochlorine contamination enriches virus-encoded metabolism and pesticide degradation associated auxiliary genes in soil microbiomes

生物 基因组 生物修复 生物降解 异型生物质的 杀虫剂 农药降解 微生物群 细菌 微生物生态学 生物地球化学循环 微生物代谢 微生物种群生物学 土壤微生物学
作者
Xiaoxuan Zheng,Martin Thomas Jahn,Mingming Sun,Ville-Petri Friman,José Luis Balcázar,Jonathan T. Wang,Yu Shi,Xin Gong,Feng Hu,Yong-Guan Zhu
出处
期刊:The ISME Journal [Springer Nature]
被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41396-022-01188-w
摘要

Abstract Viruses significantly influence local and global biogeochemical cycles and help bacteria to survive in different environments by encoding various auxiliary metabolic genes (AMGs) associated with energy acquisition, stress tolerance and degradation of xenobiotics. Here we studied whether bacterial (dsDNA) virus encoded AMGs are enriched in organochlorine pesticide (OCP) contaminated soil in China and if viral AMGs include genes linked to OCP biodegradation. Using metagenomics, we found that OCP-contaminated soils displayed a lower bacterial, but higher diversity of viruses that harbored a higher relative abundance of AMGs linked to pesticide degradation and metabolism. Furthermore, the diversity and relative abundance of AMGs significantly increased along with the severity of pesticide contamination, and several biodegradation genes were identified bioinformatically in viral metagenomes. Functional assays were conducted to experimentally demonstrate that virus-encoded L-2-haloacid dehalogenase gene (L-DEX) is responsible for the degradation of L-2-haloacid pesticide precursors, improving bacterial growth at sub-inhibitory pesticide concentrations. Taken together, these results demonstrate that virus-encoded AMGs are linked to bacterial metabolism and biodegradation, being more abundant and diverse in soils contaminated with pesticides. Moreover, our findings highlight the importance of virus-encoded accessory genes for bacterial ecology in stressful environments, providing a novel avenue for using viruses in the bioremediation of contaminated soils.
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