рус eng
«ИЗВЕСТИЯ ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА». СЕРИЯ «БИОЛОГИЯ. ЭКОЛОГИЯ»
«IZVESTIYA IRKUTSKOGO GOSUDARSTVENNOGO UNIVERSITETA». SERIYA «BIOLOGIYA. ECOLOGIYA»
«THE BULLETIN OF IRKUTSK STATE UNIVERSITY». SERIES «BIOLOGY. ECOLOGY»
ISSN 2073-3372 (Print)

Список выпусков > Серия «Биология. Экология». 2025. Том 54

Метагеномный анализ трансформации микробного сообщества лигноцеллюлозного субстрата под действием фосфор-азотсодержащей ионной жидкости

Автор(ы)

Д. А. Ярыгин1, В. Л. Михайленко1, Ю. С. Букин1,3, С. И. Верхотурова2, А. А. Орлова1, А. А. Сигова1, Г. В. Юринова1, В. П. Саловарова1

1Иркутский государственный университет, г. Иркутск, Россия 

2Иркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАН, г. Иркутск, Россия 

3Лимнологический институт СО РАН, г. Иркутск, Россия

Аннотация
Исследовано влияние предварительной обработки лигноцеллюлозного субстрата (кора смешанных пород) фосфор-азотсодержащей ионной жидкостью – глициний фосфатом – на таксономическое разнообразие аборигенной микробиоты в процессе семисуточного компостирования. Анализ проведён методом полногеномного метагеномного секвенирования (shotgun sequencing). Показано, что добавление 1 % ионной жидкости (от массы абсолютно сухого вещества коры) вызывает глубокую перестройку микробного сообщества. Относительная численность Pseudomonadota снижается с 78,2 % в контроле до 22,8 % в опыте, тогда как доля Actinomycetota возрастает с 17,1 до 68,6 %. На уровне семейств это выражается в резком обогащении Streptomycetaceae и Microbacteriaceae на фоне подавления доминировавших в контроле Burkholderiaceae и Nitrobacteraceae. Обсуждается связь наблюдаемой селекции устойчивых таксонов бактериального сообщества с изменением свойств субстрата под действием ионной жидкости, а также потенциальная роль актинобактерий в последующей биодеградации лигноцеллюлозы.
Об авторах

Ярыгин Дмитрий Андреевич, магистрант Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса 1, e-mail: mr.dmitry.yarygin@gmail.com 

Михайленко Валентина Львовна, кандидат химических наук, доцент Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 e-mail: mival63@gmail.com 

Букин Юрий Сергеевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Лимнологический институт СО РАН, Россия, 664033, Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3 доцент Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 e-mail: bukinyura@mail.ru 

Верхотурова Светлана Ильясовна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Иркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАН Россия, 664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1 e-mail: verkhoturova@irioch.irk.ru 

Орлова Анастасия Алексеевна, магистрант Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 e-mail: nastay.orlowa2002@yandex.ru 

Сигова Анна Александровна, магистрант Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 e-mail: sigovaann02@gmail.com 

Юринова Галина Валерьевна, кандидат биологических наук., доцент Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 e-mail: yurinova@yandex.ru 

Саловарова Валентина Петровна, доктор биологических наук, профессор заведующий кафедрой Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 e-mail: vsalovarova@gmail.com 

Ссылка для цитирования
Метагеномный анализ трансформации микробного сообщества лигноцеллюлозного субстрата под действием фосфор-азотсодержащей ионной жидкости / Д. А. Ярыгин, В. Л. Михайленко, Ю. С. Букин, С. И. Верхотурова, А. А. Орлова, А. А. Сигова, Г. В. Юринова, В. П. Саловарова // Известия Иркутского государственного университета. Серия Биология. Экология. 2025. Т. 54. С. 23–37. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2025.54.23
Ключевые слова
лигноцеллюлозный субстрат, ионная жидкость, аборигенная микробиота, метагеномика, актинобактерии, протеобактерии, компостирование.
УДК
579.64:579.26:577.2.083
DOI
https://doi.org/10.26516/2073-3372.2025.54.23
Литература
  1. A review on the pretreatment of lignocellulose for high-value chemicals / H. Chen, J. Liu, X. Chang, D. Chen, Y. Xue, P. Liu, H. Lin, S. Han // Fuel Process. Technol. 2017. Vol. 160. P. 196–206. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2016.12.007
  2. Bolger A. M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: A flexible trimmer for Illumina sequence data // Bioinformatics. 2014. Vol. 30, N 15. P. 2114–2120. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu170
  3. Bracken: Estimating species abundance in metagenomics data / J. Lu, F. P. Breitwieser, P. Thielen, S. L. Salzberg // PeerJ Comput. Sci. 2017. Vol. 3. Art. e104. https://doi.org/10.7717/peerj-cs.104
  4. Deconstruction of Lignin: From Enzymes to Microorganisms / J. P. Silva, A. R. P. Ticona, P. R. V. Hamann, B. F. Quirino, E. F. Noronha // Molecules. 2021. Vol. 26, N 8. Art. 2299. https://doi.org/10.3390/molecules26082299
  5. Dynamic changes in the composite microbial system MC1 during and following its rapid degradation of lignocellulose / B. Hua, Y. Lü, J. Wang, B. Wen, Y. Cao, X. Wang, Z. Cui // Appl. Biochem. Biotechnol. 2014. Vol. 172, N 2. P. 951–962. https://doi.org/10.1007/s12010-013-0566-7
  6. Effect of Soil Washing with an Amino-Acid-Derived Ionic Liquid on the Properties of Cd-Contaminated Paddy Soil / Y. Deng, S. Wang, I. Beadham, X. Gao, M. Ji, G. Wang, C. Zhang, W. Ruan // Toxics. 2023. Vol. 11, N 3. Art. 288. https://doi.org/10.3390/toxics11030288
  7. Enhancing rice straw compost with an amino acid-derived ionic liquid as additive / H. Ma, I. Beadham, W. Ruan, C. Zhang, Y. Deng // Bioresour. Technol. 2022. Vol. 345. Art. 126387. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126387
  8. From lignocellulosic metagenomes to lignocellulolytic genes: Trends, challenges and future prospects / R. A. Batista-García, M. Del Rayo Sánchez-Carbente, P. Talia, S. A. Jackson, N. D. O'Leary, A. D. W. Dobson, J. L. Folch-Mallol // Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 2016. Vol. 10, N 6. P. 864–882. https://doi.org/10.1002/bbb.1709
  9. Fu D., Mazza G., Tamaki Y. Lignin Extraction from Straw by Ionic Liquids and Enzymatic Hydrolysis of the Cellulosic Residues // J. Agric. Food Chem. 2010. Vol. 58, N 5. P. 2915–2922. https://doi.org/10.1021/jf903616y
  10. Ionic liquid-mediated selective extraction of lignin from wood leading to enhanced enzymatic cellulose hydrolysis / S. H. Lee, T. V. Doherty, R. J. Linhardt, J. S. Dordick // Biotechnol. Bioengineer. 2009. Vol. 102, N 5. P. 1368–1376. https://doi.org/10.1002/bit.22179
  11. Kirchhecker S., Esposito D. Amino acid based ionic liquids: A green and sustainable perspective // Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 2016. Vol. 2. P. 28–33. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2016.09.001
  12. Langmead B., Salzberg S. L. Fast gapped-read alignment with Bowtie 2 // Nat. Meth. 2012. Vol. 9, N 4. P. 357–359. https://doi.org/10.1038/nmeth.1923
  13. Lignocellulosic depolymerization induced by ionic liquids regulating composting habitats based on metagenomics analysis / H. Yang, Y. Huang, K. Li, P. Zhu, Y. Wang, X. Li, Q. Meng, Q. Niu, S. Wang, Q. Li // Environ. Sci. Pollut. Res. 2022. Vol. 29, N 50. P. 76298–76309. https://doi.org/10.1007/s11356-022-21148-3
  14. Low melting point pyridinium ionic liquid pretreatment for enhancing enzymatic saccharification of cellulosic biomass / Uju, A. Nakamoto, Y. Shoda, M. Goto, W. Tokuhara, Y. Noritake, S. Katahira, N. Ishida, C. Ogino, N. Kamiya // Bioresour. Technol. 2013. Vol. 135. P. 103–108. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.06.096
  15. Metagenomic analysis of microbial consortia enriched from compost: New insights into the role of Actinobacteria in lignocellulose decomposition / C. Wang, D. Dong, H. Wang, K. Müller, Y. Qin, H. Wang, W. Wu // Biotechnology for Biofuels. 2016. Vol. 9, N 1. Art. 22. https://doi.org/10.1186/s13068-016-0440-2
  16. Microbial community structure and dynamics in thermophilic composting viewed through metagenomics and metatranscriptomics / L. P. Antunes, L. F. Martins, R. V. Pereira, A. M. Thomas, D. Barbosa, L. N. Lemos, G. M. M. Silva, L. M. S. Moura, G. W. C. Epamino, L. A. Digiampietri, K. C. Lombardi, P. L. Ramos, R. B. Quaggio, J. C. F. De Oliveira, R. C. Pascon, J. B. D. Cruz, A. M. Da Silva, J. C. Setubal // Sci. Rep. 2016. Vol. 6, N 1. Art. 38915. https://doi.org/10.1038/srep38915
  17. Microbial enzyme systems for biomass conversion: Emerging paradigms / M. E. Himmel, Q. Xu, Y. Luo, S.-Y. Ding, R. Lamed, E. A. Bayer // Biofuels. 2010. Vol. 1, N 2. P. 323–341. https://doi.org/10.4155/bfs.09.25
  18. Novel renewable ionic liquids as highly effective solvents for pretreatment of rice straw biomass by selective removal of lignin / X. D. Hou, T. J. Smith, N. Li, M. H. Zong // Biotechnol. Bioengineer. 2012. Vol. 109, N 10. P. 2484–2493. https://doi.org/10.1002/bit.24522
  19. Ojo A. An Overview of Lignocellulose and Its Biotechnological Importance in High-Value Product Production // Fermentation. 2023. Vol. 9, N 11. Art. 990. https://doi.org/10.3390/fermentation9110990
  20. Package 'vegan' / J. Oksanen, F. G. Blanchet, R. Kindt, P. Legendre, P. R. Minchin, R. B. O'hara, G. L. Simpson, P. Solymos, M. H. H. Stevens, E. Szoecs, H. Wagner, M. J. Oksanen // Community Ecology Package. 2013. Vol. 2 (9). P. 1–295. URL: https://github.com/vegandevs/vegan
  21. Pretreatment of Lignocellulosic Biomass with Ionic Liquids and Ionic Liquid-Based Solvent Systems / Q. Hou, M. Ju, W. Li, L. Liu, Y. Chen, Q. Yang // Molecules. 2017. Vol. 22, N 3. Art. 490. https://doi.org/10.3390/molecules22030490
  22. The Toxic Effect of Herbicidal Ionic Liquids on Biogas-Producing Microbial Community / J. Czarny, A. Piotrowska-Cyplik, A. Lewicki, A. Zgoła-Grześkowiak, Ł. Wolko, N. Galant, A. Syguda, P. Cyplik // Int. J. Environ. Res. Publ. Health. 2019. Vol. 16, N 6. Art. 916. https://doi.org/10.3390/ijerph16060916
  23. Tree bark characterization envisioning an integrated use in a biorefinery / T. Vangeel, D. M. Neiva, T. Quilhó, R. A. Costa, V. Sousa, B. F. Sels, H. Pereira // Biomass Conversion and Biorefinery. 2023. Vol. 13, N 3. P. 2029–2043. https://doi.org/10.1007/s13399-021-01362-8
  24. Wingett S. W., Andrews S. FastQ Screen: A tool for multi-genome mapping and quality control // F1000Research. 2018. Vol. 7. Art. 1338. https://doi.org/10.12688/f1000research.15931.2
  25. Wood D. E., Lu J., Langmead B. Improved metagenomic analysis with Kraken 2 // Genome Biol. 2019. Vol. 20, N 1. Art. 257. https://doi.org/10.1186/s13059-019-1891-0

Полная версия (русская)