砷 （As） 代谢途径及其与氮 （N） 和碳 （C） 循环的耦合有助于元素生物地球化学循环。然而，整个微生物群落如何响应 As 应激以及哪些分类群是主要的 As 转化细菌或原位古细菌仍不清楚。因此，通过构建和应用 ROCker 谱来精确检测和量化短读长宏基因组和元转录组数据集中的 As 氧化 （aioA， arxA） 和还原 （arrA， arsC1， arsC2） 基因，我们研究了参与亚砷酸盐 （As（III）） 氧化和砷酸盐 （As（V）） 还原的优势微生物群落，并揭示了它们在稻田中原位偶联 As 和 C 的潜在途径。构建了 5 个 ROCker 模型，以量化水稻土壤中编码 As 氧化 （aioA 和 arxA） 和还原 （arrA， arsC1， arsC2） 基因的短读长序列的丰度和转录活性。我们的结果表明，携带 aioA 和 arsC2 基因的亚群落分别主要负责 As（III） 氧化和 As（V） 还原。此外，在分配给各种门的基因组中检测到新鉴定的 As（III） 氧化基因 arxA，并且随着土壤 pH 值的增加，转录活性显着增加，表明它在碱性土壤中 As（III） 氧化中的重要作用。aioA 与 narG 和 nirK 反硝化基因、arxA 与 napA 和 nirS 反硝化基因以及 arrA/arsC2 与 pmoA 和 mcrA 基因的转录活性显著相关，表明 As（III） 氧化与反硝化以及 As（V） 还原与甲烷氧化的偶联。 包括 Burkholderiales、Desulfatiglandales 和 Hyphomicrobiales （以前称为 Rhizobiales） 在内的各种微生物类群参与 As 与 N 和 C 代谢过程的耦合。此外，这些相关的 As 和 N/C 基因通常共存于同一基因组中，并且在有 As 污染的水稻土壤中表现出比没有污染的水稻土壤更大的转录活性。我们的结果揭示了通过定制的 ROCker 模型对与 As 氧化和还原基因相关的短读序列的全面检测和分型，并阐明了水稻土壤中参与 As 和 N 和 C 代谢原位耦合的各种微生物分类群。arxA 亚群落对 As（III） 氧化与硝酸盐还原耦合的贡献以及 arsC 亚群落对 As（V） 还原与甲烷氧化耦合的贡献扩展了我们对水稻土壤中 As、N 和 C 循环之间相互关系的认识。



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