Antimony efflux underpins phosphorus cycling and resistance of phosphate-solubilizing bacteria in mining soils

生物 流出 细菌 微生物 生物利用度 水平基因转移 磷酸盐 自行车 基因 环境化学 微生物学 生物化学 系统发育树 遗传学 化学 生物信息学 有机化学 历史 考古
作者
Shengwei Liu,Jiaxiong Zeng,Yu Huang,Cheng Wang,Yunfeng Yang,Jianjun Wang,Zhili He,Qingyun Yan
出处
期刊:The ISME Journal [Springer Nature]
卷期号:17 (8): 1278-1289 被引量:36
标识
DOI:10.1038/s41396-023-01445-6
摘要

Microorganisms play crucial roles in phosphorus (P) turnover and P bioavailability increases in heavy metal-contaminated soils. However, microbially driven P-cycling processes and mechanisms of their resistance to heavy metal contaminants remain poorly understood. Here, we examined the possible survival strategies of P-cycling microorganisms in horizontal and vertical soil samples from the world's largest antimony (Sb) mining site, which is located in Xikuangshan, China. We found that total soil Sb and pH were the primary factors affecting bacterial community diversity, structure and P-cycling traits. Bacteria with the gcd gene, encoding an enzyme responsible for gluconic acid production, largely correlated with inorganic phosphate (Pi) solubilization and significantly enhanced soil P bioavailability. Among the 106 nearly complete bacterial metagenome-assembled genomes (MAGs) recovered, 60.4% carried the gcd gene. Pi transportation systems encoded by pit or pstSCAB were widely present in gcd-harboring bacteria, and 43.8% of the gcd-harboring bacteria also carried the acr3 gene encoding an Sb efflux pump. Phylogenetic and potential horizontal gene transfer (HGT) analyses of acr3 indicated that Sb efflux could be a dominant resistance mechanism, and two gcd-harboring MAGs appeared to acquire acr3 through HGT. The results indicated that Sb efflux could enhance P cycling and heavy metal resistance in Pi-solubilizing bacteria in mining soils. This study provides novel strategies for managing and remediating heavy metal-contaminated ecosystems.

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