铜/镍矿尾矿中多样的微生物金属抗性及新型金属循环生物

《Metallomics》：Diverse microbial metal resistance and novel metal cycling organisms in copper/nickel mine tailings

　　

摘要

矿山尾矿通过形成酸性矿山废水 (AMD) 导致环境重金属污染。由微生物介导的过程（如铁和硫的氧化还原循环）会影响金属的迁移性。在此，我们采用整合的宏基因组学和宏蛋白质组学方法，对加拿大安大略省萨德伯里遗留铜/镍尾矿中垂直地球化学梯度上的微生物群落进行了分析。从 43 个样本中，我们恢复了 454 个非冗余的宏基因组组装基因组 (MAGs)，揭示了放线菌门、脱硫杆菌门以及未培养谱系（如 候选 沙漠菌门 和 SZUA-79）中的多样种群。功能分析确定了 301 个推定的铁和硫循环 MAGs，包括 候选。 沙漠菌门 和 SZUA-79 门中的 MAGs。使用一组定制的隐马尔可夫模型 (HMMs) 对金属抗性基因进行注释，这些基因广泛存在且多样，但其丰度与测得的 Cu、Ni 或 Fe 浓度不相关。这一观察结果表明，无论环境金属浓度如何，抗性性状都广泛编码在这些微生物群落中。蛋白质组学数据证实了选定的金属抗性基因和铁/硫代谢基因的 原位 表达，但由于矿山尾矿作为提取基质的困难性质，蛋白质的回收受到限制。我们的研究结果强调了采矿废物中金属抗性和金属生物地球化学循环的微生物多样性深度，以及目前限制低生物量、富金属基质中基因组和蛋白质组测序覆盖率的技术挑战。

图形摘要

矿山尾矿代表一种环境危害，因为硫化矿物的氧化会释放酸性矿山废水并使重金属动员。利用多组学技术，我们分析了遗留铜/镍尾矿中垂直梯度上的微生物群落，以预测微生物在污染物循环中的参与情况。金属抗性基因在宏基因组中广泛存在，其丰度与环境金属浓度不相关。在许多样本中检测到了铁和硫循环，包括与以前未分类和/或未培养分类群相关的基因。

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