Published October 21, 2023
| Version v1
Publication
Open
Global diversity and biogeography of DNA viral communities in activated sludge systems
Creators
- 1. University of Jinan
- 2. Shandong University
- 3. Peking University
Description
Activated sludge (AS) systems in wastewater treatment plants (WWTPs) harbor enormous viruses that regulate microbial metabolism and nutrient cycling, significantly influencing the stability of AS systems. However, our knowledge about the diversity of viral taxonomic groups and functional traits in global AS systems is still limited. To address this gap, we investigated the global diversity and biogeography of DNA viral communities in AS systems using 85,114 viral operational taxonomic units (vOTUs) recovered from 144 AS samples collected across 54 WWTPs from 13 different countries.AS viral communities and their functional traits exhibited distance-decay relationship (DDR) at the global scale and latitudinal diversity gradient (LDG) from equator to mid-latitude. Furthermore, it was observed that AS viral community and functional gene structures were largely driven by the geographic factors and wastewater types, of which the geographic factors were more important. Carrying and disseminating auxiliary metabolic genes (AMGs) associated with the degradation of polysaccharides, sulfate reduction, denitrification, and organic phosphoester hydrolysis, as well as the lysis of crucial functional microbes that govern biogeochemical cycles were two major ways by which viruses could regulate AS functions. It was worth noting that our study revealed a high abundance of antibiotic resistance genes (ARGs) in viral genomes, suggesting that viruses were key reservoirs of ARGs in AS systems.Our results demonstrated the highly diverse taxonomic groups and functional traits of viruses in AS systems. Viral lysis of host microbes and virus-mediated HGT can regulate the biogeochemical and nutrient cycles, thus affecting the performance of AS systems. These findings provide important insights into the viral diversity, function, and ecology in AS systems on a global scale. Video Abstract.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تحتوي أنظمة الحمأة المنشطة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي على فيروسات هائلة تنظم الأيض الميكروبي ودورة المغذيات، مما يؤثر بشكل كبير على استقرار أنظمة الحمأة المنشطة. ومع ذلك، فإن معرفتنا حول تنوع المجموعات التصنيفية الفيروسية والسمات الوظيفية في أنظمة AS العالمية لا تزال محدودة. لمعالجة هذه الفجوة، قمنا بالتحقيق في التنوع العالمي والجغرافيا الحيوية للمجتمعات الفيروسية للحمض النووي الريبي المنزوع الأكسجين في أنظمة التهاب الفقار الروماتويدي باستخدام 85114 وحدة تصنيفية تشغيلية فيروسية تم استردادها من 144 عينة من التهاب الفقار الروماتويدي تم جمعها عبر 54 محطة معالجة مياه الصرف الصحي من 13 دولة مختلفة. أظهرت المجتمعات الفيروسية وخصائصها الوظيفية علاقة الاضمحلال عن بعد على النطاق العالمي وتدرج التنوع العرضي من خط الاستواء إلى خط العرض المتوسط. علاوة على ذلك، لوحظ أن مجتمع التهاب الفقار الروماتويدي الفيروسي والهياكل الجينية الوظيفية كانت مدفوعة إلى حد كبير بالعوامل الجغرافية وأنواع مياه الصرف الصحي، والتي كانت العوامل الجغرافية أكثر أهمية منها. كان حمل ونشر الجينات الأيضية المساعدة (AMG) المرتبطة بتحلل السكريات، والحد من الكبريتات، ونزع النتروجين، والتحلل المائي الفسفوستر العضوي، بالإضافة إلى تحلل الميكروبات الوظيفية الحاسمة التي تحكم الدورات الكيميائية الجيولوجية الحيوية طريقتين رئيسيتين يمكن للفيروسات من خلالهما تنظيم وظائف التهاب الفقار الروماتويدي. تجدر الإشارة إلى أن دراستنا كشفت عن وفرة عالية من جينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) في الجينومات الفيروسية، مما يشير إلى أن الفيروسات كانت مستودعات رئيسية لـ ARGs في أنظمة AS. أظهرت نتائجنا المجموعات التصنيفية شديدة التنوع والسمات الوظيفية للفيروسات في أنظمة AS. يمكن للتحلل الفيروسي للميكروبات المضيفة و HGT بوساطة الفيروس تنظيم الدورات الكيميائية الحيوية والمغذيات، مما يؤثر على أداء أنظمة التهاب الفقار الروماتويدي. توفر هذه النتائج رؤى مهمة حول التنوع الفيروسي والوظيفة والبيئة في أنظمة التهاب الفقار الروماتويدي على نطاق عالمي. ملخص الفيديو.Translated Description (French)
Les systèmes de boues activées (SA) dans les stations d'épuration des eaux usées (SEEU) abritent d'énormes virus qui régulent le métabolisme microbien et le cycle des nutriments, influençant de manière significative la stabilité des systèmes de SA. Cependant, nos connaissances sur la diversité des groupes taxonomiques viraux et des traits fonctionnels dans les systèmes mondiaux de SA sont encore limitées. Pour combler cette lacune, nous avons étudié la diversité mondiale et la biogéographie des communautés virales d'ADN dans les systèmes AS à l'aide de 85 114 unités taxonomiques opérationnelles virales (vOTU) récupérées à partir de 144 échantillons d'AS prélevés dans 54 stations d'épuration des eaux usées de 13 pays différents. Les communautés virales d'AS et leurs traits fonctionnels présentaient une relation de décroissance à distance (DDR) à l'échelle mondiale et un gradient de diversité latitudinale (LDG) de l'équateur au milieu de la la latitude. De plus, il a été observé que les structures de la communauté virale AS et des gènes fonctionnels étaient largement motivées par les facteurs géographiques et les types d'eaux usées, dont les facteurs géographiques étaient plus importants. Le transport et la dissémination de gènes métaboliques auxiliaires (AMG) associés à la dégradation des polysaccharides, à la réduction des sulfates, à la dénitrification et à l'hydrolyse des phosphoesters organiques, ainsi qu'à la lyse de microbes fonctionnels cruciaux qui régissent les cycles biogéochimiques, étaient deux principaux moyens par lesquels les virus pouvaient réguler les fonctions de la SA. Il convient de noter que notre étude a révélé une grande abondance de gènes de résistance aux antibiotiques (Arg) dans les génomes viraux, suggérant que les virus étaient des réservoirs clés des Arg dans les systèmes SA. Nos résultats ont démontré la grande diversité des groupes taxonomiques et des traits fonctionnels des virus dans les systèmes SA. La lyse virale des microbes hôtes et du HGT à médiation virale peut réguler les cycles biogéochimiques et nutritifs, affectant ainsi les performances des systèmes de SA. Ces résultats fournissent des informations importantes sur la diversité virale, la fonction et l'écologie des systèmes de SA à l'échelle mondiale. Résumé vidéo.Translated Description (Spanish)
Los sistemas de lodos activados (AS) en las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) albergan enormes virus que regulan el metabolismo microbiano y el ciclo de nutrientes, lo que influye significativamente en la estabilidad de los sistemas AS. Sin embargo, nuestro conocimiento sobre la diversidad de grupos taxonómicos virales y rasgos funcionales en los sistemas globales de AS aún es limitado. Para abordar esta brecha, investigamos la diversidad global y la biogeografía de las comunidades virales de ADN en los sistemas de AS utilizando 85,114 unidades taxonómicas operativas virales (vOTU) recuperadas de 144 muestras de AS recolectadas en 54 EDAR de 13 países diferentes. Las comunidades virales de AS y sus rasgos funcionales exhibieron una relación distancia-decaimiento (DDR) a escala global y un gradiente de diversidad latitudinal (LDG) desde el ecuador hasta la la latitud media. Además, se observó que la comunidad viral AS y las estructuras genéticas funcionales fueron impulsadas en gran medida por los factores geográficos y los tipos de aguas residuales, de los cuales los factores geográficos fueron más importantes. Llevar y diseminar genes metabólicos auxiliares (AMG) asociados con la degradación de polisacáridos, reducción de sulfato, desnitrificación e hidrólisis de fosfoéster orgánico, así como la lisis de microbios funcionales cruciales que gobiernan los ciclos biogeoquímicos fueron dos formas principales por las cuales los virus podrían regular las funciones de AS. Vale la pena señalar que nuestro estudio reveló una alta abundancia de genes de resistencia a antibióticos (ARG) en los genomas virales, lo que sugiere que los virus eran reservorios clave de ARG en los sistemas AS. Nuestros resultados demostraron la gran diversidad de grupos taxonómicos y rasgos funcionales de los virus en los sistemas AS. La lisis viral de los microbios del huésped y la HGT mediada por virus pueden regular los ciclos biogeoquímicos y de nutrientes, lo que afecta el rendimiento de los sistemas AS. Estos hallazgos proporcionan información importante sobre la diversidad viral, la función y la ecología en los sistemas de EA a escala global. Video Abstract.Files
s40168-023-01672-1.pdf
Files
(9.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:bd1e5e5c31105bd371a03e78d3887d55
|
9.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التنوع العالمي والجغرافيا الحيوية للمجتمعات الفيروسية للحمض النووي في أنظمة الحمأة المنشطة
- Translated title (French)
- Diversité mondiale et biogéographie des communautés virales d'ADN dans les systèmes de boues activées
- Translated title (Spanish)
- Diversidad global y biogeografía de comunidades virales de ADN en sistemas de lodos activados
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4387847136
- DOI
- 10.1186/s40168-023-01672-1
References
- https://openalex.org/W1552724685
- https://openalex.org/W1845784301
- https://openalex.org/W1951724000
- https://openalex.org/W1974742732
- https://openalex.org/W2033593649
- https://openalex.org/W2045204781
- https://openalex.org/W2074129003
- https://openalex.org/W2082860967
- https://openalex.org/W2091333662
- https://openalex.org/W2113679889
- https://openalex.org/W2127391962
- https://openalex.org/W2131271579
- https://openalex.org/W2134023754
- https://openalex.org/W2136839646
- https://openalex.org/W2141052558
- https://openalex.org/W2141802031
- https://openalex.org/W2142678478
- https://openalex.org/W2143485490
- https://openalex.org/W2159675211
- https://openalex.org/W2160933546
- https://openalex.org/W2167587580
- https://openalex.org/W2169409681
- https://openalex.org/W2170747616
- https://openalex.org/W2173732482
- https://openalex.org/W2179127468
- https://openalex.org/W2189978128
- https://openalex.org/W2341722547
- https://openalex.org/W2514983714
- https://openalex.org/W2521169042
- https://openalex.org/W2573011611
- https://openalex.org/W2620142224
- https://openalex.org/W2736920791
- https://openalex.org/W2761955173
- https://openalex.org/W2797101767
- https://openalex.org/W2808646128
- https://openalex.org/W2883298854
- https://openalex.org/W2883705104
- https://openalex.org/W2888863429
- https://openalex.org/W2889019390
- https://openalex.org/W2889468473
- https://openalex.org/W2900629010
- https://openalex.org/W2901578498
- https://openalex.org/W2914531968
- https://openalex.org/W2923823616
- https://openalex.org/W2927961455
- https://openalex.org/W2938862523
- https://openalex.org/W2940459311
- https://openalex.org/W2943223175
- https://openalex.org/W2944548763
- https://openalex.org/W2945698955
- https://openalex.org/W2950464960
- https://openalex.org/W2951274106
- https://openalex.org/W2953409386
- https://openalex.org/W2979358136
- https://openalex.org/W2982531601
- https://openalex.org/W2986925300
- https://openalex.org/W2993752344
- https://openalex.org/W2995534107
- https://openalex.org/W3003110834
- https://openalex.org/W3006022816
- https://openalex.org/W3033129278
- https://openalex.org/W3040214817
- https://openalex.org/W3044611247
- https://openalex.org/W3095583226
- https://openalex.org/W3112297125
- https://openalex.org/W3113153347
- https://openalex.org/W3118048495
- https://openalex.org/W3118784002
- https://openalex.org/W3119774682
- https://openalex.org/W3121345102
- https://openalex.org/W3127656915
- https://openalex.org/W3132890345
- https://openalex.org/W3133726023
- https://openalex.org/W3165284685
- https://openalex.org/W3166486842
- https://openalex.org/W3176037658
- https://openalex.org/W3195010157
- https://openalex.org/W3198967837
- https://openalex.org/W3203842575
- https://openalex.org/W3217216416
- https://openalex.org/W4214765490
- https://openalex.org/W4220915609
- https://openalex.org/W4225283377
- https://openalex.org/W4225700116
- https://openalex.org/W4226518112
- https://openalex.org/W4283792057
- https://openalex.org/W4288447651
- https://openalex.org/W4308736754
- https://openalex.org/W4313476093
- https://openalex.org/W4318482276
- https://openalex.org/W4318685265
- https://openalex.org/W4323314903