Аммонийокисляющие бактерии и археи в почвах европейской части России тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.03, кандидат биологических наук Черобаева, Анна Сергеевна

• Черобаева, Анна Сергеевна
• кандидат биологических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Черобаева, Анна Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Особенности биохимии, физиологии и экологии нитрифицирующих бактерий и архей.

1.1. Физиолого-биохимические особенности нитрификаторов.

1.2. Филогения и экология нитрифицирующих микроорганизмов.

1.3. Молекулярно-биологические методы исследования аммоний-окисляющих микроорганизмов.

1.4. Влияние экологических факторов среды на активность и состав сообществ аммонийокисляющих бактерий и архей в почвах.

1.5. Роль нитрификации в образовании окислов азота.

1.6. Вклад аммонийокисляющих архей в процесс нитрификации в разных типах почв.

Глава 2. Объекты и методы исследования.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Выделение и поддержание накопительных культур аммонийокисляющие бактерий.

2.2.2. Установка микрокосмов.

2.2.3. Постановка эксперимента с замораживанием-размораживанием микрокосмов.

2.2.4. Определение интенсивности нитрификации в почве.

2.2.5. Методы выделения препарата ДНК из почвенных образцов.

2.2.6. Амплификация фрагментов генов 168 рРНК и атоА.

2.2.7. Количественный ПЦР анализ (реал-тайм ПЦР).

2.2.8. Электрофорез в денатурирующем градиентном геле (ДГТЭ).

2.2.9. Клонирование и секвенирование

2.2.10. Анализ нуклеотидных и белковых последовательностей.

2.2.11. Депонирование полученных последовательностей.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Глава 3. Анализ состава и численности аммонийокисляющих бактерий и архей в разных типах почв.

3.1. Оптимизация молекулярно-биологических методов для анализа аммонийокисляющих бактерий и архей в зональных почвах.

3.1.1. Сравнительный анализ концентраций ДНК в препаратах, выделенных разными методами.

3.1.2. ПЦР анализ фрагментов генов 16S рРНК и атоА аммонийокисляющих бактерий и архей.

3.1.3. ДГГЭ анализ фрагментов гена 16S рРНК аммонийокисляющих бактерий и архей из препаратов ДНК, полученных разными методами.

3.1.4. Подбор оптимальных условий ДГГЭ анализа фрагмента функционального гена атоА аммонийокисляющих бактерий.

3.2. Анализ состава сообщества аммонийокисляющих бактерий методом молекулярного клонирования.

3.3. Количественный анализ сообщества аммонийокисляющих бактерий и архей с помощью реал-тайм ПЦР.

3.4. Изучение состава сообщества аммонийокисляющих архей на основе ДГГЭ анализа фрагмента функционального гена amo А.

3.5. Влияние изменения температуры на нитрифицирующую активность и состав сообщества нитрификаторов.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аммонийокисляющие бактерии и археи в почвах европейской части России»

Актуальность темы. Деятельность нитрифицирующих микроорганизмов во многом определяет характер протекания других процессов биологического цикла азота в почвах, их активность является одним из важнейших источников нитратов в почве (Кудеяров, 1999).

Последние достижения молекулярной биологии изменили сложившиеся представления о цикле азота, протекающем в почвах и океанах. Есть основание полагать, что существенный вклад в процесс нитрификации вносят не только автотрофные нитрифицирующие бактерии и гетеротрофные микроорганизмы, но также и недавно открытые аммонийокисляющие археи (Кбппеке е! а1., 2005). Способность к органотрофному и миксотрофному росту свидетельствует о наличии у них более гибкого механизма адаптации к неблагоприятным факторам окружающей среды по сравнению с нитрифицирующими бактериями, что определяет широкое распространение архей в почвах и морских экосистемах (Ьеншщег е! а1., 2006, №со1 е1 а1., 2006). Из-за сложности методических приемов идентификации, аммонийокисляющие археи в почвах России до настоящего времени остаются мало исследованы.

Целью работы являлось изучение разнообразия нитрифицирующих бактерий, определение численности аммонийокисляющих бактерий и архей в основных типах почв европейской части России методами молекулярной биологии.

Задачи исследования:

• сравнить эффективность известных методов выделения ДНК из почв и разработать собственные модификации. Адаптировать ПЦР и ДГГЭ методы для анализа аммонийокисляющих бактерий и архей в разных типах почв.

• проанализировать разнообразие микробных сообществ аммонийокисляющих бактерий в накопительных культурах и почвенных образцах.

• провести сравнительный анализ численности аммонийокисляющих бактерий и архей в почвах разных типов. определить влияние температуры на нитрифицирующую активность в ходе длительной инкубации почвенных микрокосмов.

Научная новизна. С помощью филогенетического анализа сообщества нитрифицирующих бактерий установлено близкое родство клонов из дерново-подзолистой и серой лесной почв к роду ЫШ*0505р1га, из каштановой почвы - ЫИгоБОзргга и ЫИгояоу^гю, из чернозема типичного - ЫОгоБотопаБ. На основании анализа реал-тайм ПНР обнаружена тенденция к увеличению количества нитрифицирующих архей в кислых почвах, а бактерий — в почвах с нейтральным^ и слабощелочным значениями рН. Впервые показано, что во всех исследованных почвах европейской части России доминирует сообщество аммонийокисляющих архей, причем в ненарушенных экоценозах их количество заметно увеличивается; в агроценозах возрастает доля нитрифицирующих бактерий. Показано, что независимо от значений рН среды, в почвах всегда обнаруживаются алкалофильные и ацидофильные архей, но в разных соотношениях. Согласно температурному эксперименту, длительные заморозки влияют на нитрифицирующую активность, в то время как кратковременные заморозки не оказывают существенного воздействия на уровень нитрифицирующей активности почв. Установлено, что бактерии более устойчивы к действию низких температур, а состав сообщества архей резко изменяется после длительных заморозков.

Практическая значимость. Отработаны основные методы детекции ключевого функционального гена нитрифицирующих бактерий и архей с помощью спектра молекулярно-биологических методов. Модифицированы ПЦР и ДГГЭ протоколы для анализа сообщества нитрификаторов в разных типах почв европейской части России. Полученные в настоящей работе последовательности генов атоА депонированы в базе данных СепВапк под номерами Л7 496679—Л7 496706. Предложенный методический подход позволяет уточнить составляющие баланса биологического азота в почвах, а 5 также изменения характера трансформации азота в почве в условиях меняющегося климата и высокого антропогенного воздействия на почвы, что необходимо при составлении региональных прогнозов устойчивого развития сельского хозяйства. Результаты работы используются в курсах лекций по микробной трансформации азота, читаемых на факультете почвоведения МГУ.

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2009», «Ломоносов-2011» (МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 2009, 2011), молодежной школе-конференции с международным участием «Актуальные проблемы современной микробиологии» (Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, Москва, 2009), Международной конференции по общей и прикладной микробиологии «ВюМкто\Уогк!2009» (Португалия, 2009).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 3 публикациях, все статьи в реферируемых журналах из списка ВАК, 4 тезисов докладов.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность своему научному руководителю д.б.н., проф. А.Л. Степанову за ценные рекомендации и повседневное внимание к работе, к.б.н. И.К. Кравченко и к.б.н. А.К. Кизиловой за научные консультации и помощь в выполнении работы, сотрудникам Абердинского университета (Шотландия, г. Абердин) -проф. Д. Проссеру и Г. Николь за помощь в освоении молекулярно-биологических методов. Отдельная благодарность к.б.н. Е.В. Лебедевой за предоставление культуры СапсИёаШБ ШЬ'ояоБркаега gargensis и научно-практические рекомендации.

Заключение диссертации по теме «Микробиология», Черобаева, Анна Сергеевна

выводы

1. Адаптированы для работы с почвами разных типов основные методы молекулярно-биологической детекции ключевого функционального гена аммонийокисляющих бактерий и архей. Модифицированы ПЦР и ДГТЭ протоколы для анализа сообщества нитрифицирующих архей и бактерий в почвах европейской части России.

2. Показано, что в дерново-подзолистой и серой лесной почвах среди аммонийокисляющих бактерий доминируют представители рода Nitrosospira, в каштановой почве - Nitrosospira и Nitrosovibrio, в черноземе типичном -Nitrosomonas.

3. Впервые установлено количественное преобладание генов нитрифицирующих архей в основных типах почв европейской части России. Отмечена тенденция к увеличению количества нитрифицирующих архей в почвах ненарушенных экоценозов, а бактерий - в агроценозах.

4. Доля нитрифицирующих архей наиболее высока в кислых почвах (pH 4.55.5); по мере роста pH увеличивается численность аммонийокисляющих эубактерий.

5. Обнаружена разная устойчивость нитрифицирующих архей и бактерий к воздействию низких температур: бактерии более устойчивы к резким колебаниям температуры, а состав сообщества архей в этих условиях значительно меняется, особенно в почвах, не подверженных продолжительным заморозкам.

6. При анализе нитрифицирующей активности в почвах России, предложено наряду с традиционными микробиологическими, применять и молекулярно-биологические методы для оценки вклада в процесс нитрификации не только автотрофных и гетеротрофных микроорганизмов, но также нитрифицирующих архей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Черобаева, Анна Сергеевна, 2011 год

1. Альберте Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Роберте К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки: в трех томах. Москва: Мир, 1994, Т. 1, с. 517.

2. Виноградский С.Н. Нитрификация. Микробиология почвы. Проблемы и методы. М.: Изд-во Ан СССР, 1952, с. 145-321.

3. Головачева P.C. Термофильные нитрифицирующие бактерии горячих источников // Микробиология, 1976, Т. 45, с. 377-379.

4. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. М.: Мир, 2002, с. 589.

5. Заварзин Г.А., Литотрофные микроорганизмы. М.: Наука, 1972, с. 322.

6. Каледин А. С., Слюсаренко А. Г., Городецкий С. И. // Биохимия, 1980, Т. 45, с. 644-651

7. Касимов Н.С., Клиге Р.К. современные глобальные изменения природной среды. М.: Научный мир, 2006, Т. 1, с. 695.

8. Кондратьева E.H. Автотрофные прокариоты. М.: Изд-во МГУ, 1996, с.312.

9. Кураков A.B., Попов А.И. Нитрифицирующая активность и фитотоксичность почвенных микроскопических грибов // Почвоведение, 1995, № 3, с.314-322.

10. Кураков A.B., Попов А.И., Евдокимов И.В., Култышева Е.М. Нитрифицирующая активность микроскопических грибов на питательных средах и в почве // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 17, Почвоведение, 1995, № 1,с. 54-62.

11. Кураков A.B., Евдокимов И.В., Попов А.И. // Гетеротрофная нитрификация в почвах // Почвоведение, 2001, № 10, с.45-55.

12. Лебедева Е.В., Ляликова H.H., Бугельский Ю.Ю. Участие нитрифицирующих бактерий в выветривании серпентинизированных ультрабазитов//Микробиология, 1978, Т. 47, № 6, с. 1101-1107.

13. Ляликова Н.Н., Лебедева Е.В. Хемосинтез: К 100-летию открытия С.Н.Виноградским. М.: Наука, 1989, с.32-47.

14. Муравин Э.А. Ингибиторы нитрификации. М.: Агропромиздат, 1989, с. 248.

15. Патрушев Л. И. Искусственные генетические системы. М.: Наука, 2005, Т. 1, с. 68-90.

16. Степанов А.Л., Судницын И.И., Умаров М.М, Галиманге Б. Влияние плотности почв и давления почвенной влаги на эмиссию закиси азота и диоксида углерода//Почвоведение, 1996, № 11, с. 1337 1340.

17. Степанов А.Л., Лысак Л.В. Методы газовой хроматографии в почвенной микробиологии. М.: МАКС Пресс, 2002, с. 86.

18. Степанов А.Л. Микробное образование и поглощение парниковых газов в почвах. М.: Изд-во МГУ, 2009, с. 225.

19. Умаров М.М., Кураков А.В., Степанов А.Л. Микробиологическая трансформация азота в почвах. М.: ГЕОС, 1997, с. 137.

20. Черобаева А.С., Степанов А.Л., Кравченко И.К. Отклик аммонийокисляющих бактерий и архей на резкие изменения температуры в почвах разных климатических зон // Проблемы агрохимии и экологии, 2011, № 3, с. 17-24.

21. Adair K.L., Schwartz Е. Evidence that ammonia-oxidizing archaea are more abundant than ammonia-oxidizing bacteria in semiarid soils of Northern Arizona, USA // Microbiol Ecol, 2008, V. 56, № 3, p. 420-426

22. Alef K. Enrichment of physiological groups // Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry/Eds. Alef K., Nannipieri P. Acad. Press, 1998, p.130-132.

23. Arbeli Z., Fuentes C.L. Improved purification PCR amplification of DNA from environmental samples // FEMS Microbiol. Lett, 2007, V 272, № 2, p. 269275.

24. Avrahami S., Conrad R. Patterns of Community Change among Ammonia Oxidizers in Meadow Soils upon Long-Term Incubation at Different Temperatures110

25. Appl. Environ. Microbiol, 2003, V. 69, № 10, p. 6152-6154.

26. Avrahami S., Conrad R., Braker G. Effect of soil ammonium concentration on N20 release and the community structure of ammonia oxidizers and denitrifiers // Appl. Environ. Microbiol, 2002, V. 68, № 11, p. 5685-5692.

27. Avrahami S., Liesack W., Conrad R. Effects of temperature and fertilizer on activity and community structure of soil ammonia oxidizers // Environ. Microbiol, 2003, V. 5, p. 691-705.

28. Avrahami S., Conrad R. Cold-temperate climate: a factor for selection of ammonia oxidizers in upland soil? // Can J Microbiol., 2005, V. 51, № 8, p.709-714.

29. Bartossek R., Nicol G., Lanzen A., Klenk H.-P., Schleper C. Homologues of nitrite reductases in ammonia-oxidizing archaea: diversity and genomic context // Environ. Microbiol, 2010, V.12, № 4, p. 1075-1088.

30. Bell S.D., Jackson S.P. Transcription and translation in Archaea: a mosaic of eukaryal and bacterial features // Trends Microbiol, 1998, V. 6, p. 222-228.

31. Berg I.A., Kockelkom D., Buckel W., Fuchs G. A 3-hydroxypropionate/4-hydroxybutyrate autotrophic carbon dioxide assimilation pathway in archaea // Science, 2007, V. 318, p. 1782-1786.

32. Berg I.A., Kockelkom D., Buckel W., Fuchs G. Response to comment on "A 3-hydroxypropionate/4-hydroxybutyrate autotrophic carbon dioxide assimilation pathway in archaea" // Science, 2008, V. 321, p. 342-348.

33. Berg I.A., Kockelkom D., Ramos-Vare W.H., Say R.F., Zarzycki J., Hügler M., et.al. Autotrophic carbon fixation in archaea // Nat. Rev. Microbiol, 2010, V. 8, p. 447-460.

34. Bintrim S.B., Donohue T.J., Handelsman J., Roberts G.P., Goodman R.M. Molecular phylogeny of Archaea from soil // Proc. Natl.Acad. Sci, USA, 1997, V. 94, p. 277-282.

35. Bodelier P., Libochant J.A., Blom C., Laanbroek H.J. Dynamics of nitrification and denitrification in root-oxygenated sediments and adaptation of ammonia-oxidizing bacteria to low-oxygen or anoxic habitats //Appl Environ111

36. Microbiol., 1996, V. 62, № 11, p. 4100-4107.

37. Bodelier PL, Frenzel P. Contribution of methanotrophic and nitrifying bacteria to CH4 and NHU+ oxidation in the rhizosphere of rice plants as determined by new methods of discrimination // Appl Environ Microbiol., 1999, V. 65, № 5, p. 1826-33.

38. Brochier-Armanet C., Boussau B., Gribaldo S., Forterre P. Mesophilic Crenarchaeota: proposal for a third archaeal phylum, the Thaumarchaeota // Nat. Rev. Microbiol, 2008, V. 6, № 3, p. 245-252.

39. Buckley D.H., Graber J.R. Schmidt T.M. Phylogenetic analysis of nonthermophilic members of the kingdom crenarchaeota and their diversity and abundance in soils // Appl. Environ. Microbiol, 1998, V. 64, p. 4333-4339.

40. Chu H, Fujii T, Morimoto S, Lin X, Yagi K, Hu J, Zhang J. Community structure of ammonia-oxidizing bacteria under long-term application of mineral fertilizer and organic manure in a sandy loam soil // Appl Environ Microbiol., 2007, V. 73, p. 485-491.

41. Crump B.C., Baross J.A. Archaeaplankton in the Columbia River, its estuary and the adjacent coastal ocean, USA // FEMS Microbiol Ecol., 2000, V. 31, p. 231-239.

42. Cultivation of a thermophilic ammonia-oxidizing archaeon synthesizing crenarchaeol // Environ. Microbiol, 2008, V. 10, № 1, p. 810-818.

43. DeLong E.F. Archaea in coastal marine environment // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1992, V. 89, № 12, p. 5685-5689.

44. Di H.J., Cameron K.C., Shen J.P., Winefield C.S., O'Callaghan M., Bowatte S. et al. // Nitrification driven by bacteria and not archaea in nitrogen-rich grassland soils. Nat Geosci, 2009, V. 2, p. 621-624.

45. Di H., Cameron K., Shen J., Winefield C., O'Callaghan M., Bowatte S., He J. Ammonia-oxidizing bacteria and archaea grow under contrasting soil nitrogen conditions // FEMS Microbiol. Ecol, 2010, V. 64, p. 167-174.

46. Dispirito A.A., Lipscomb J.D., Hooper A.B. A three-subunit cytochrome aa3 from Nitrosomonas europaea II J. Biol. Chem, 1986, V. 261, № 36, p. 1704817056.

47. Dorador C., Busekow A., Vila I., Imhoff J.F., Witzel K.P. Molecular analysis of enrichment cultures of ammonia oxidizing from the Salar de Huasco, a high altitude saline wetland in northern Chile // Extremophiles, 2008, V. 12, p. 405-414

48. Erguder T.H., Boon N., Wittebolle L., Marzorati M., Verstraete W. Environmental factors shaping the ecological niches of ammonia-oxidizing archaea //FEMS Microb, 2009, V. 33, № 5, p. 855-869

49. Fierer N., Carney K.M., Horner-Devine M.C., Megonigal J.P. The biogeography of ammonia-oxidizing bacterial communities in soil // Microb Ecol., 2009, V. 58, p. 435-445.

50. Fischer S.G., Lerman L.S. Separation of random fragments of DNA according to properties of their sequences // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1980, V. 77, p. 4420-4424

51. Fischer S.G., Lerman L.S. DNA fragments differing by single base-pair substitutions are separated in denaturing gradient gels: Correspondence with melting theory // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1983, V. 80, p. 1579-1583

52. Fliermans C.B., Bohlool B.B., Schmidt E.L. Autecological study of the113chemoautotroph Nitrobacter by immunofluorescence // Appl. Environ. Microbiol, 1974, V. 27, № 9, P. 124-129.

53. Freitag T.E., Chang L., Prosser J.I. Changes in the community structure and activity of betaproteobacterial ammonia-oxidizing sediment bacteria along a freshwater-marine gradient // Environ Microbiol, 2006, V.8, p. 684-696.

54. Fuhrman J.A., McCallum K., Davis A.A. Novel major archaebacterial group from marine plankton // Nature, 1992, V. 356, p. 148-149.

55. Garrett R.A., Klenk H.P. Archaea: Evolution, Physiology, and Molecular Biology//Blackwell Publishing. Singapore. 2007, p. 95-107.

56. Hastings R.C., Butler C, Singleton I., Saunders J.R., McCarthy A.J. Analysis of ammonia-oxidizing bacteria populations in acid forest soil during conditions of moisture limitation //Appl. Microb, 2000, V.30, № 5, p. 14-18.

57. Hatzenpichler R., Lebecleva E.V, Spieck E., Stoecker K., Richter A., Daims H., Wagner M. A moderately thermophilic ammonia-oxidizing crenarchaeote from a hot spring // P Natl Acad Sci USA, 2008, V. 105, p. 2134-2139.

58. Herndl G.J., Reinthaler T., Teira E., van Aken H., Veth C., Pernthaler A., Pernthaler J. Contribution of Archaea to procariotic production in the deep Atlantic Ocean//Appl. Environ. Microbiol, 2005, V. 71, p. 2303-2309.

59. Herrick J.B., Miller D.N., Madsen E.L., Ghiorse W.C. Extraction, purification, and amplification of microbial DNA from sediments and soils // PCR: Essential Techniques, Burke J.F., Ed., New York: John Wiley and Sons, 1996, p. 130-133.

60. Holben W.E. Isolation and purification of bacterial DNA from soil //Methods of Soil Analysis, part 2."Microbiological and Biochemical Properties, Weaver R.W., Angle S., Bottomley P., et al., Eds., Madison, 1994, p. 727-751.

61. Hommes N. G., Sayavedra-Soto L.A., Arp D.J. Mutagenesis of hydroxylamine oxidoreductase in Nitrosomonas europaea by transformation and recombination // J. Bacterid, 1996, V.178,№ 13, p. 3710-3714.

62. Hommes N.G., Sayavedra-Soto L.A., Arp D.J. Mutagenesis and expression of amo, which codes for ammonia monooxygenase in Nitrosomonas europaea I I J. Bacterid, 1998, V. 178, № 14, p. 3710-3714.

63. Inceoglu O., Hoogwout E.F., Hill P., van Elasas J.D. Effect of DNA extraction method on the apparent microbial diversity of soil // Appl. Environ. Microbiol, 2010, V. 6, № 19, p. 3378-3382.

64. Jia Z., Conrad R. Bacteria rather than Archaea dominate microbial ammonia oxidation in an agricultural soil // Environ Microbiol., 2009, V. 11, № 7, p. 1658-71.

65. Jones R.D., Morita R.Y. Low temperature growth and whole cell kinetics of a marine ammonium oxidizer // Mar. Ecol.-Prog. Ser, 1985, V. 21, p. 230-243.

66. Keough B.P., Schmidt T.M., Hicks R.E. Archaeal nucleic acids in picoplankton from great lakes on three continents // Microb Ecol., 2003", V.46, № 2, p. 238-248.

67. Killham K. Heterotrophic nitrification. // Nitrification. Special publications of the society of general microbiology. V. 20 / Ed. Prosser J.It Oxford: IRL Press, 1986, V. 36, p. 117-126.

68. Kitano T., Onoue T., Yamauchi K. Archaeal lipids forming a low energy-surface on airwater interface // Chemistry and Physics of Lipids, 2003, V. 126, p. 225-232.

69. Koops Y.-P., Pommerening-Rnser A. Distribution« and ecophysiology of nitrifying bacteria emphasizing cultured species // FEMS Microbiol. Ecol, 2001, V. 37, p. 1-9.

70. Konneke M., Bernhard A.E., de la Torre J.R., Wolker C.B., Waterbury J.B., Stahl D.A. Isolation of an autotrophic ammonia-oxidizing marine archaeon // Nature, 2005, V. 437, p. 543-546.

71. Kurakov A.V., Kupletskaia M.B., Skrynnikova E.V., Somova N.G. Search116for micromycetes producers extracellular catalaze and study of conditions of its synthesis // Prikl Biokhim Mikrobiol., 2001, V. 37, № 1, p. 67-72.

72. Kurganova I., Teepe R., Loftfield N. Influence of freeze-thaw events on carbon dioxide emission from soils at different moisture and land // Carbon Balance and Management, 2007, V. 2, № 2, p. 1-9.

73. Kuske C.R., Banton K.L., Adorada D.L., et al. Small-Scale DNA sample preparation method for field PCR detection of microbial cells and spores in Soil // Appl. Environ. Microbiol, 1998, V. 64, p. 2463-2472.

74. Lebedeva E.V., Alawi M., Fiencke C., Namsaraev B., Bock E., Spieck E. Moderately thermophilic nitrifying bacteria from a hot spring of the Baikal rift zone // FEMS Microbiol Ecol, 2005, V. 54, № 2, p. 297-306.

75. Leininger S., Urich.T., Schloter M., Schwark L., Qi J., NicoFG.W., Prosser J.I. Archaea predominate among ammonia-oxidizing prokaryotes in> soils // Nature, 2006, V. 442, p. 806-809.

76. Lipthaya J.R., Enzingerb C., Johnsena K., et al. Impact of DNA extraction method on bacterial community composition measured by denaturing gradient gel electrophoresis // Soil Biol. Biochem. 2004. V.36. P. 1607-1614

77. Mahendrappa, M.K., Smith, R.L., Christiansen, A. T. Nitrifying organisms affected by climate region in western United States // Soil Sci. Soc.Am. J, 1986, V. 30, p. 60-62.

78. Mannisto, M.K., Tiirola, M., Haggblom, M.M. Effect of freeze-thaw cycles on bacterial communities of arctic tundra soil // Microb Ecol, 2009, V. 58, № 3, p. 621-631.

79. Martikainen P.J., Nurmiaho-Lassila E.L. // Canad. J. Microbiol, 1985, V. 31, p. 190-197.

80. Matulewich V.A., Strom P.F., Finstein M.S. Length of incubation for enumerating nitrifying bacteria present in various environments // Appl. Environ. Microbiol, 1975, V. 29, p. 265-268.

81. McTavish H., LaQuier F., Arciero D., Logan M., Mundfrom G., Fuchs J.A., Hooper A.B. Multiple copies of genes coding for electron transport proteins in the bacterium Nitrosomonas europaea // J. Bacteriol, 1993b, V.175, № 8, p. 24452447.

82. Miller L.G., Coutlakis M.D., Oremland R.S., Ward B.B. Selective inhibition of ammonium oxidation.and nitrificationlinlced N20 formation by methyl fluoride and dimethyl ether //Environ. Microbiol, 1993, V.59, p.2457-2464.

83. Miller D.N., Bryant J.E., Madsen E.L., Ghiorse W.S. Evaluation and optimization of DNA extraction and purification procedures for soil and sediment samples//Appl: Environ. Microbiol, 1999, V. 65, № 11, p. 4615-4724.

84. Mulder A., van de Graaf A.A., Robertson L.A., Kuenen J.G. Anaerobic ammonia-oxidizing discovered in a denitrifying fluidized-bed reactor // FEMS Microbiol. Ecol, 1995, V. 16, p. 177-184.

85. Muyzer G., Smalla K. Application of denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and temperature gradient gel electrophoresis (TGGE) in microbial ecology//Antonie Van Leeuwenhoek, 1998, V. 73, № 1, p. 127-141.

86. Nakagawa T., Ikehata R., Myoda T., Miyaji T., Tomizuka N. Overexpression and functional analysis of cold-active beta-galactosidase from Arthrobacter psychrolactophilus strain F2 // Protein Expr Purif, 2007, V. 54, p.118295.299.

87. Nicol G.W., Tscherko D., Embley T.M., Prosser J.I. Primary succession of soil Crenarchaeota across a receding glacier foreland // Environ Microbiol, 2005, V. 7, p. 337-347.

88. Nicol G.W., Schleper C. Ammonia-oxidising Crenarchaeota: important players in the nitrogen cycle? // Trends Microbiol, 2006, V.14, № 5, p. 207-212.

89. Nicol G.W., Leininger S., Schleper C., Prosser J.I. The influence of soil pH on the diversity, abundance and transcriptional activity of ammonia oxidizing archaea and bacteria // Environ Microbiol, 2008, V. 10, p. 2966-2978.

90. Nicolaisen M.H, Ramsing N.B. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) approaches to study the diversity of ammonia-oxidizing bacteria // Microbiol Methods, 2002, V. 50, p. 189-203.

91. Ochsenreiter T., Selezi D., Quaiser A., Bonch-Osmolovskaya L., Schleper C. Diversity and abundance of Crenarchaeota in terrestrial habitats studied by 16S RNA surveys and real time PCR // Environ. Microbiol, 2000, V. 5, p. 787-797.

92. Ochsenreiter T., Selezi D., Quaiser A., Bonch-Osmolovskaya L., Schleper C. Diversity and abundance of Crenarchaeota in terrestrial habitats studied by 16S RNA surveys and real time PCR // Environ Microbiol, 2003, V. 5; p. 787-797.

93. Offre P., Prosser J.I., Nicol G. Growth of ammonia-oxidizing archaea in soil microcosms is inhibited by acetylene // FEMS Microbiol. Ecol, 2009, V. 70, p. 99108.

94. Pearson A., Huang Z., Ingalls A.E., Romanek C.S., Wiegel J., Freeman K.H., Smittenberg R.H., Zhang C.L. Nonmarine crenarchaeol in Nevada hot springs //Appl. Environ. Microbiol, 2004, V. 70, p. 5229-5237.

95. Pitcher A., Schouten S., Damste J.S.S. In situ production of Crenarchaeol in two California hot springs // Appl. Environ. Microbiol, 2009, V. 75, p. 4443-4451.119

96. Pitcher A., Villanueva L., Hopmans E.C., Schouten S., Reichart G.J., Sinninghe Damste J.S. Niche segregation of ammonia-oxidizing archaea and anammox bacteria in the Arabian Sea oxygen minimum zone // Nature, 2011, May 19. Epub ahead of print.

97. Poth M., Focht D.D. 15N Kinetic analysis of N20 production by Nitrosomonas europaea: An examination, of nitrifier denitrification.// Appl.Environ.Microbiol, 1985, V. 49, p. 1134-1141

98. Pommerening-Roser A., Rath G., Koops H.P. Phylogenetic diversity within the genus Nitrosomonas II System. Appl. Microbiol, 1996, V. 19, p. 344-351.

99. Preston C.M., Wu K.Y., Molinski T.F., DeLong E.F. A psychrophilic crenarchaeon inhabits a marine sponge: Grenarchaeumsymbiosum gen. nov., sp. nov. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 1996, p. 6241-6246.

100. Reigstad L.J., Richter A., Daims. H., Urich T., Schwark L., Schleper C. Nitrification in terrestrial hot springs of Iceland and Kamchatka // FEMS Microbiol. Ecol, 2008, V.64, p. 167-174.

101. Rojas-Herrera R., Narvaez-Zapata J., Zamudio-Maya M., Mena-Martiens M.E. A simple silica-based method for metagenomic DNA extraction from soil and sediments // Mol. Biotechnol, 2008, V.40, № 1, p. 112-119.

102. Rotthauwe J.H., Witzel K.P., Liesack W. The ammonia monooxigenase structural gene amoA as a functional marker: molecular fine scale analysis of natural ammonia-oxidizing population // Appl. Environ. Microbiol, 1997, V. 63, № 12, p. 4704-4712.

103. Sandaa R.A., Enger O., Torsvik V. Abundance and diversity of Archaea in heavy-metal-contaminated soils // Appl. Environ. Microbiol, 1999, V. 65, p. 32933297.

104. Sayavedra-Soto L. A., Hommes N.G., Arp D J. Characterization of the gene encoding hydroxylamine oxidoreductase in Nitrosomonas europaea // J. Bacteriol, 1994, V. 176, № 2, p. 504-510.

105. Sayavedra-Soto L. A., Hommes N.G., Alzerreca J.J., Arp D.J., Norton J.M., Klotz M.J. Transcription of the amoC, amoA, and amoB genes in Nitrosomonas europaea and Nitrosospira sp. NpAV. II FEMS Microbiol. Lett, 1998, V. 167, № 1, P. 81-88.

106. Scherm H., van Bruggen A.H.C. Global warming and nonlinear growth: how important are changes in average temperature // Phytopathology, 1994, V. 84, p. 1380-1384.

107. Sharma S., Szele Z., Schilling R., Munch J.C., Schloter M. Influence of freeze-thaw stress on the structure and function of microbial communities and denitrifying populations in soil // Appl. Environ. Microbiol, 2006, V. 72, № 3, p. 2148-2154.

108. Schleper C., Holben W., Klenk H.P. Recovery of crenarchaeotal ribosomal DNA sequences from freshwater-lake sediments // Appl. Environ. Microbiol, 1992, V. 63, p. 321-323.

109. Schmidt I., Book E. Anaerobic ammonia oxidation // Arch. Microbiol, 1997,1211. V. 167, p. 106-111

110. Simon H.M., Dodsworth J.A., Goodman R.M. Crenarchaeota colonize terrestrial plant roots // Environ. Microbiol. 2000, V. 2, p. 495-505.

111. Smits N.A.C., Hefting M.M., Karnst-van Agterveld M.P., Laanbroek H.J., Paalman A.J., Bobbink R. Nitrification along a grassland gradient: Inhibition found in matgrass swards // Soil Biol. Biochem, 2010, V. 42, p. 635-641.

112. Stark J.M., Firestone M.K. Mechanisms for soil moisture effects on activity of nitrifying bacteria // Applied and Environmental Microbiology, 1995, V. 61, № 12, p. 218-221.

113. Stopnisek N., Gubry-Rangin C., Hofferle S., Nicol G.W., Mandic-Mulec I., Prosser J.I. Thaumarchaeal ammonia oxidation in an acidic forest peat soil is not influenced by ammonium amendment // Appl. Environ. Microbiol, 2010, V. 76, p. 7626-7634.

114. Strous M., Fuerst J.A., Kramer E.H.M., Logemann S., Muyzer G., van de pas-Schoonen K.T., Webb R., Kuenen J.G., Jetten M.S.M. Missing lithotroph identified as new plactomycete // Nature, 1999, V. 400, p. 446-449.

115. Strous M., Fuerst J.A., Kramer E.H.M., Logemann S., Muyzer G., van de Pas-Schoonen K.T., Webb R., Kuenen J.G., Jetten M.S.M. Missing lithotroph identified as a new planctomycete // Nature, 1999, V. 400, p. 446-449.

116. Takai K., Moser D.P., DeFlaun M., Onstott T.C., Fredrickson J.K. Archaeal diversity in waters from deep South African gold mines // Appl Environ Microbiol, 2001, V. 67, p. 5750-5760.

117. Teske A., Aim E., Regan J.M., Toze S., Rittmann B.E., Stahl D.A. Evolutionary relationships among ammonia- and nitrite-oxidizing bacteria // J Bacterid, 1994, V. 176, p. 6623-6630.

118. Tourna M., Freitag T.E., Nicol G.W., Prosser J.I. Growth, activity and temperature responses of ammonia-oxidizing archaea and bacteria in soil microcosms // Environ Microbiol., 2008, V. 10, p. 1357-1364.

119. Urakawa H., Tajima Y., Numata Y., Tsuneda S. Low temperature decreases the phylogenetic diversity of ammonia-oxidizing archaea and bacteria in aquarium biofiltration systems // Appl Environ Microbiol, 2008, V. 74, p. 894-900.

120. Verstraete W. Terrestrial nitrogen cycles. Processes, ecosystem strategies and management impact. Ecol. Bull. 33. F.E. Clark and T. Rosswall. Eds. Swedish natural science research council, Stockholm, 1981, p. 303-314.

121. Venter J.C., Remington K., Heidelberg J.F., Halpem A.L., Rusch D. Environmental genome shotgun sequencing of the Sargasso Sea // Science, 2004, V. 304, p. 66-74.

122. Vetriani C., Reysenbach A.L., Doré J. Recovery and phylogenetic analysis of archaeal rRNA sequences from continental shelf sediments // FEMS Microbiol Lett, 1998, V.161,p. 83-88.

123. Walker C.B., de la Torre J., Klotz M.G., Urakawa H., Pinel N., Arp D.J., Brochier-Armanet C., Chain P.S.G., Chan P.P., Gollabgir A., Hemp J., Hügler M.,123

124. Wang X.H., Wen X.H., Criddle C., Zhang J., Yang N.N., Zhao Y. Community structures of ammonia-oxidizing bacteria in active sludge of wastewater treatment plants // Huan Jing Ke Xue, 2009, V. 15, № 30, p. 30023006.

125. Woese C.R., Weisburg W.G., Paster B.J., Hahn C.M., Tanner R.S., Kreig N.P., Koops H.-P., Harms H., Stackebrandt E. The Phylogeny of purple bacteria: The beta subdivision // Syst. Appl. Microbiol, 1984, V. 5, p. 327-336.

126. Wood P.M. Nitrification as bacterial, energy source // Nitrification. Special publication of the society of general microbiology / Edi Prosser J.L oxford: IRL Press, 1986, V. 20, p. 39-62.

127. Wrange N. Role of nitrifier denitrification in the production of nitrous oxide // Soil Biol. Biochem, 2001, V. 33, p. 1723-1732.

128. Wucheter C., Schouten S., Boschker H.T., Sinninghe Damste J.S. Bicarbonate uptake by marine Crenarchaeota // FEMS Microbiol. Lett, 2003, V. 219, p. 203-207.

129. Yeates C., Gillings M.R., Davison A.D., Altavilla N., Veal D.A. Methods for microbial DNA extraction from soil for PCR amplification // Biol Proced Online, 1998, V.14, № 1, p. 40-47.

130. Yergeau E., Kowalchuk G.A. Responses of Antarctic soil microbial communities and associated functions to temperature and freeze-thaw cycle frequency// Appl. Environ. Microbiol, 2008, V.,10, №. 9, p. 2223-2235

131. Yoshida T., Alexander M. Hydroxylamine formation by Nitrosomonas europaea II Can. J. Microbiol, 1964, V. 10, p. 923-926.

132. You J., Das A., Dolan E.M., Hu J. Ammonia-oxidizing archaea involved in nitrogen removal // Elsevier Ltd, 2005, V. 43, № 7, p. 1801-1809.

133. Zhang C.L., Pearson A., Yi-Lian L., Mills G., Wiegel, J. Thermophilic temperature optimum for crenarchaeol synthesis and its implication for archaeal evolution // Appl. Environ. Microbiol, 2006, V. 72, p. 4419-4422

134. Zhang L.M., Wang M., Prosser J.I., Zheng Y.M., He J.Z. Altitude ammonia-oxidizing bacteria and archaea in soils of Mount Everest // FEMS Microbiol Ecol., 2009, V. 70, p. 52-61.