Complete Reductive Dechlorination of 4-Hydroxy-chlorothalonil by Dehalogenimonas Populations

脱卤酶 脱氯作用 百菌清 生物转化 卤化 基因组 化学 脱卤球绦虫 生物 基质(水族馆) 立体化学 生物化学 基因 生物降解 杀菌剂 有机化学 植物 生态学 氯乙烯 聚合物 共聚物
作者
Wenjing Qiao,Guiping Liu,Mengya Li,Xiao-Jing Su,Lianghua Lu,Shujun Ye,Jichun Wu,Elizabeth A. Edwards,Jiandong Jiang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (17): 12237-12246 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c02574
摘要

Chlorothalonil (2,4,5,6-tetrachloroisophthalonitrile, TePN) is one of the most widely used fungicides all over the world. Its major environmental transformation product 4-hydroxy-chlorothalonil (4-hydroxy-2,5,6-trichloroisophthalonitrile, 4-OH-TPN) is more persistent, mobile, and toxic and is frequently detected at a higher concentration in various habitats compared to its parent compound TePN. Further microbial transformation of 4-OH-TPN has never been reported. In this study, we demonstrated that 4-OH-TPN underwent complete microbial reductive dehalogenation to 4-hydroxy-isophthalonitrile via 4-hydroxy-dichloroisophthalonitrile and 4-hydroxy-monochloroisophthalonitrile. 16S rRNA gene amplicon sequencing demonstrated that Dehalogenimonas species was enriched from 6% to 17-22% after reductive dechlorination of 77.24 μmol of 4-OH-TPN. Meanwhile, Dehalogenimonas copies increased by one order of magnitude and obtained a yield of 1.78 ± 1.47 × 108 cells per μmol Cl- released (N = 6), indicating that 4-OH-TPN served as the terminal electron acceptor for organohalide respiration of Dehalogenimonas species. A draft genome of Dehalogenimonas species was assembled through metagenomic sequencing, which harbors 30 putative reductive dehalogenase genes. Syntrophobacter, Acetobacterium, and Methanosarcina spp. were found to be the major non-dechlorinating populations in the microbial community, who might play important roles in the reductive dechlorination of 4-OH-TPN by the Dehalogenimonas species. This study first reports that Dehalogenimonas sp. can also respire on the seemingly dead-end product of TePN, paving the way to complete biotransformation of the widely present TePN and broadening the substrate spectrum of Dehalogenimonas sp. to polychlorinated hydroxy-benzonitrile.
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