Nitrosopumilus maritimus ゲノムは、世界的に分布する海洋クレンカエアにおける硝化と独立栄養のユニークなメカニズムを明らかにする

アンモニア酸化アルカエアは、海洋および陸生環境で遍在しており、現在では炭素および窒素サイクリングの重要な貢献者であると考えられています。Candidatus "Nitrosopumilus maritimus"株Scm1の分離は、その化学リソト栄養生理学を世界的に分散した古細菌のゲノムインベントリと結びつける機会を提供しました。ここでは、株SCM1の1,645,259 bpの閉じたゲノムを報告し、既知のアンモニア酸化細菌とは明らかに異なるアンモニア酸化と電子輸送のための高度な銅依存システムを明らかにします。海洋古細菌のin situ同位体研究と一致して、ゲノム配列はN. maritimusが3-ヒドロキシプロピオン酸塩/4-ヒドロキシブトリ酸経路のバリアントを使用して独立して成長し、有機炭素の同化のための限られた能力を維持しながら、炭素同化のための炭素同化のために成長します。浸透圧性エクトインの古細菌生合成のこのユニークな例と、マルチコッパーオキシダーゼ、チオレドキシン様タンパク質、および転写調節因子の前例のない濃縮、および環境キューに反応し、反応性銅および酸化酸化種からの処理に適応する可能性のある環境キューに反応する生物を指します。海洋メタゲノム内のN. maritimus遺伝子の含有量と組織の保存は、これらの特殊なオリゴファイルのユニークな生理学が、炭素と窒素の生物地球化学サイクルで重要な役割を果たす可能性があることを示しています。

Ammonia-oxidizing archaea are ubiquitous in marine and terrestrial environments and now thought to be significant contributors to carbon and nitrogen cycling. The isolation of Candidatus "Nitrosopumilus maritimus" strain SCM1 provided the opportunity for linking its chemolithotrophic physiology with a genomic inventory of the globally distributed archaea. Here we report the 1,645,259-bp closed genome of strain SCM1, revealing highly copper-dependent systems for ammonia oxidation and electron transport that are distinctly different from known ammonia-oxidizing bacteria. Consistent with in situ isotopic studies of marine archaea, the genome sequence indicates N. maritimus grows autotrophically using a variant of the 3-hydroxypropionate/4-hydroxybutryrate pathway for carbon assimilation, while maintaining limited capacity for assimilation of organic carbon. This unique instance of archaeal biosynthesis of the osmoprotectant ectoine and an unprecedented enrichment of multicopper oxidases, thioredoxin-like proteins, and transcriptional regulators points to an organism responsive to environmental cues and adapted to handling reactive copper and nitrogen species that likely derive from its distinctive biochemistry. The conservation of N. maritimus gene content and organization within marine metagenomes indicates that the unique physiology of these specialized oligophiles may play a significant role in the biogeochemical cycles of carbon and nitrogen.