Az azoxistrobin elősegíti az édesvízi cianobaktériumok dominanciáját a verseny megváltoztatásával

Az AZ mérgező hatása a zöld algákra és cianobaktériumokra

Modell cianobaktérium M. aeruginosa, valamint egy közönséges C. pyrenoidosa zöldmoszatot használtunk az AZ zöldmoszatokra és cianobaktériumokra gyakorolt toxicitásának vizsgálatára. A M. aeruginosa növekedését a 7 napos kezelés során az AZ-koncentrációk nem gátolták (1a. ábra), míg a C. pyrenoidosa növekedését a három vizsgált AZ-koncentráció esetén 7 nap után körülbelül 9,2-30%-kal gátolták (1a. ábra). A C. pyrenoidosa növekedése alacsony AZ-koncentráció (5-10 μg L-1) és alacsony kezdeti algasejt-sűrűség (kb. 20 000 sejt/ml, ami közel áll a természetben előforduló algasűrűséghez) jelenlétében, amelyek a természetes szennyezett környezetre jellemző körülmények, jelentősen, 20~30%-kal gátolták (Additional file 1: S2 ábra) (p < 0,05), míg a M. aeruginosa növekedését nem befolyásolták ugyanazok a vizsgált AZ-koncentrációk. Korábbi laboratóriumi vizsgálatok azt is kimutatták, hogy az AZ gátló toxikus hatása drámaian különbözik a zöld algák és cianobaktériumok között; például az oldott AZ toxicitása a Pseudokirchneriella subcapitata klorofita növekedésére közel 500-szor nagyobb volt, mint az Anabaena flos-aquae cianobaktériumra jelentett toxicitás.

A mikrokozmoszokat az AZ planktonközösségre gyakorolt hatásainak vizsgálatára használtuk. A mikroorganizmusokat szűréssel választottuk el a természetes tóvízből, és mesterséges közegbe helyeztük át, majd különböző AZ-koncentrációkat adtunk a mikrokozmoszokhoz. A mikrokozmoszokban az AZ-kezelést követően megmértük a Chl-a és a fikocianin koncentrációját. A Chl-a koncentráció, amely a teljes fitoplankton biomassza becslésére szolgál, a kontroll mikrokozmoszokban a táptalajban történő 3 napos tenyésztés után elérte a 4 mg L-1 értéket, és fitoplanktonvirágzás következett be (1b. ábra). A legalacsonyabb vizsgált koncentrációnál (0,5 mg L-1) magasabb vagy azzal megegyező AZ-koncentrációnak való 3 napos expozíció csökkentette a Chl-a koncentrációt, ami azt jelzi, hogy az AZ toxikus hatással lehet a zöld algákat alkotó fitoplanktonpopulációkra (1b. ábra). A Chl-a koncentráció 8,7-37,3%-kal csökkent a mikrokozmoszokban vizsgált AZ-koncentrációk tartományában. Ezzel szemben egy másik pigment, a cianobakteriális biomassza helyettesítőjeként használt fikocianin termelése a 3 napos expozíciót követően 2,5 mg L-1-nél nagyobb vagy azzal egyenlő AZ-koncentrációknál nőtt (ábra).

Az azoxistrobin bomlási sebességét a vízi környezetben a fény serkenti, és az AZ vizes fotolízis DT50 (az 50%-os lebomlásig eltelt idő) (pH 7) 8,7 és 13,9 nap között van. Érdekes módon az oldott AZ koncentráció idővel különbözőképpen csökkent a zöld algák és a cianobaktériumok hatására; a C. pyrenoidosa kultúrákban gyorsabban csökkent, mint a M. aeruginosa kultúrákban (1d. ábra). Ez azt jelezte, hogy a C. pyrenoidosa eukarióta alga több oldott AZ-t vett fel, mint a M. aeruginosa, annak ellenére, hogy azonos optikai sűrűséggel oltották be őket. Az oldott AZ-koncentráció kimerülése a mikrokozmoszokban szintén gyorsabb volt, mint a M. aeruginosa-kultúrákban (1d. ábra). Az AZ kimerülése a mikrokozmoszokban a zöld alga (a mikrokozmoszok fő összetevője) preferenciális AZ-felvételével/adszorpciójával, valamint a cianobaktériumok kivételével más vízi mikroorganizmusok nagyobb AZ-adszorpciójával magyarázható. A fenti eredmények arra utalnak, hogy a C. pyrenoidosa sokkal érzékenyebb volt az AZ-ra, mint a M. aeruginosa, ami valószínűleg részben a C. pyrenoidosa nagyobb AZ-fogyasztásának (felvételének/adszorpciójának) köszönhető.

Transzkriptum arányok változása AZ expozíció után a teljes plankton közösségben

Meta-transzkriptomikai szekvenálást végeztünk, hogy megvizsgáljuk a teljes plankton közösség transzkripciójában bekövetkező változásokat AZ expozíció után. A meta-transzkriptomikus szekvenálási eredmények összefoglalása az 1. kiegészítő fájlban található: Kiterjesztett eredmények. A transzkriptek taxonómiai arányait két csoportban, különböző taxonómiai szinteken a 2. kiegészítő fájlban mutatjuk be: Dataset 2, amelyeket a taxonómiailag annotált transzkriptek relatív gyakoriságával (RAT) ábrázoltunk. A RAT-érték nem a mikrobiális biomasszát, hanem a transzkripciós aktivitás fajonkénti változásait mutatja, ami a mikrobiális közösség aktív metabolikus állapotait és funkcióit reprezentálja.

A RAT relatív abundanciáját a kontroll mikrokozmoszokban 7 napos tenyésztés után főként a Monoraphidium sp. (egy Chlorophyta nemzetség) irányította (2. ábra). A Chlorophyta RAT relatív abundanciája azonban a kontrollban mért 63,6%-ról 35,8%-ra csökkent az AZ kezelt mikrokozmoszokban (2a. ábra, Additional file 1: S2. táblázat), annak ellenére, hogy a Chlorophyta törzsön belüli főbb osztályok taxonómiai átiratainak számát nem befolyásolta jelentősen az AZ kezelés (2c. ábra). A Phaeophyceae és Eustigmatophyceae között a többi eukarióta algafaj RAT-jának relatív abundanciája szintén jelentősen csökkent az AZ-zal kezelt mikrokozmoszokban (p < 0,05), míg a Bacillariophyta abundanciája ~ 6-szorosára nőtt (Additional file 1: S2 táblázat). Eközben a Cyanobacteria (főként Synechococcales-ekből álló) RAT drámaian, több mint 20-szorosára nőtt, azaz a kontrollcsoportban mért 1,7%-ról az AZ-csoportban mért 38,3%-ra. Az eukariota/prokariota szekvencia gyakorisági aránya 3,1-ről 0,9-re csökkent (2b. ábra) az AZ kezelt mikrokozmoszokban, elsősorban a Cyanobacteria drasztikus növekedése, illetve a Chlorophyta csökkenése miatt. A Cyanobacteria növekedése az AZ-kezelt mikrokozmoszokban a Synechococcales magasabb és a Chroococcales alacsonyabb arányával párosult (2d. ábra), míg az AZ nem befolyásolta a Chlorophyta, a fő eukarióta osztályon belüli rendek relatív gyakoriságát (2c. ábra). A Synechococcale rendbe tartozó cianobaktériumok toxikus virágzásokat képezhetnek, ami potenciálisan hatással lehet az eukarióta algakonkurensekre .

Az AZ mind a Monoraphidium sp. mind a Synechococcus sp. gátolja monokultúrákban

Mivel a Monoraphidium sp. RAT-ja felére csökkent, a Synechococcus sp. AZ-kezelést követően élesen megnőtt, AZ-toxicitási bioteszteket végeztünk laboratóriumi tételes Synechococcus sp. és Monoraphidium sp. kultúrákban, hogy megerősítsük hipotézisünket, miszerint az AZ hozzáadása a mikrokozmoszokban előnyben részesíthet egy cianobaktériumot (Synechococcus sp.) egy zöldalga-kompetitorral (Monoraphidium sp.) szemben. Érdekes módon a Synechococcus sp. monokultúráinak növekedése BG-11 közegben 7 nap után (3a. ábra) (p < 0,05) 2,5 mg L-1 kezdeti AZ-koncentrációra ~ 28%-kal gátolt (p < 0,05), bár 4 napos expozíció után nem befolyásolta jelentősen (p = 0,21), ami azt jelzi, hogy a Synechococcus sp. növekedését gátolhatja a magas AZ-koncentrációnak való hosszú távú expozíció. Ezzel szemben a Monoraphidium növekedése a laboratóriumi monoalga-kultúrákban mindig gátolt volt a teljes tenyésztési folyamat során; a sejtszaporulat ~ 45%-kal gátolt a 2,5 mg L-1 AZ-nak (kezdeti koncentráció) való 7 napos expozíció után (3b. ábra). A fenti eredmények azt mutatják, hogy a Monoraphidium sp. érzékenyebb az AZ-ra, mint a Synechococcus sp. A Synechococcus sp. figyelemre méltó növekedési előnye miatt az AZ-val kezelt mikrokozmoszokban (ábra). 2d), úgy tűnik, hogy az AZ közvetett szerepet játszik a Synechococcus sp. javára.

Az AZ gátolja a Monoraphidium sp. és előnyös a Synechococcus sp. ko-kultúrákban

A két algafaj ko-kultivációja során azt találtuk, hogy az AZ hozzáadása előnyös a Synechococcus sp. számára. a Monoraphidium sp.-val szemben mind a szűrt eutróf tóvízben (3c-f ábra), mind a módosított BG-11 táptalajon (Additional file 1: S3 ábra), ami összhangban volt a meta-transzkriptomikai elemzés RAT eredményeivel. Az eutróf tóvízben végzett 7 napos tenyésztés után a sejtek számának aránya (Synechococcus/Monoraphidium) az AZ kezelés hatására a kontroll 1,2-ről 2,3, 3,6, illetve 7,7-re nőtt a 25 μg L-1, 250 μg L-1, illetve 2,5 mg L-1 AZ kezelés esetén (3c-f ábra). A prokarióta és eukarióta algák növekedésének eredményei a módosított BG-11 táptalajon (Additional file 1: S3 ábra) hasonlóak voltak az eutróf tóvízben tapasztaltakhoz, ahol a Synechococcus sp. az AZ kezelésben dominánssá válik. A természetes vizekben a zöld algák és a cianobaktériumok között egyensúly áll fenn, amelyet számos tényező, többek között az allelopatikus kölcsönhatások és a pozitív visszacsatolás vezérel. Az AZ jelenléte felborította ezt az egyensúlyt, valószínűleg a zöld algák anyagcseréjének megváltoztatásán keresztül, és serkentette a Synechococcus sp. növekedését a Monoraphidium sp. növekedéséhez képest a ko-kultúrákban (3c-f ábra). Az AZ-kezelést követően a Synechococcus sp. sejtszáma ~ 1,5-szeresére nőtt a ko-kultúrában (3c-f ábra), míg a Synechococcus sp. RAT-értéke több mint 20-szorosára nőtt a mikrokozmoszban a kontrollhoz képest. Mivel a RAT nem vethető össze könnyen a sejtsűrűséggel, nehéz kvantitatív módon összehasonlítani a laboratóriumi és a mikrokozmoszkísérleteket. Mindkét kísérlet azonban arra utal, hogy az AZ a zöld algákkal való versengés megváltoztatásán keresztül kedvez a cianobaktériumok növekedésének.

az AZ megváltoztatja a gombák, vírusok, baktériumok és zooplanktonok transzkripciós aktivitását

A gombák RAT-ja, beleértve a Zygomycota, Basidiomycota, Chytridiomycota és Ascomycota gombákat, mind jelentősen csökkent (p < 0,05) az AZ expozíció után a kontrollhoz képest (Additional file 1: S2 táblázat) az AZ fungicid hatása miatt. Érdemes megjegyezni, hogy a Chlorobi törzs RAT-ja, amely olyan fotoszintetikus baktériumokat tartalmaz, amelyek nem termelnek oxigént és az anaerob környezetet kedvelik, szintén jelentősen (~ 8-szorosára) nőtt (p < 0,05) az AZ kezelt mikrokozmoszokban. Bár a teljes oldott oxigénkoncentráció (DO) szupertelített maradt az AZ-kezelt mikrokozmoszokban a kontrollhoz képest (Additional file 1: S4 ábra), a mikrobiális (talán cianobakteriális) aggregátumokat körülvevő anoxikus mikrozónák jól fejlettek lehetnek az AZ-kezelt mikrokozmoszokban , ami összhangban lenne a Chlorobi RAT növekedésével. A zooplankton RAT-ja a legtöbb törzsben, mint például az Arthropoda, Nematoda és Cnidaria, csökkent AZ-expozíció alatt a kontrollhoz képest (Additional file 1: S2. táblázat), míg néhány nemzetségre, mint például az Acanthamoeba, fordítva volt igaz (1. táblázat). Általánosságban elmondható, hogy néhány zooplankton (például az Arthropodákhoz tartozó Daphnia), gomba (a Chytridiomycota-hoz tartozó), heterotróf baktérium (Cytophaga és Bdellovibrio) és vírus (Podoviridae, Siphoviridae és Myoviridae) RAT értéke szignifikánsan csökkent (p < 0,05) az AZ-kezelt mikrokozmoszokban a kontrollhoz képest (1. táblázat, 4. ábra). A fenti planktonikus organizmusok legelhetik, parazitálhatják vagy lizálhatják a cianobaktériumokat, és szerepet játszhatnak a bőségük szabályozásában, és így részben magyarázhatják a cianobaktériumok dominanciáját AZ jelenlétében. A zooplankton relatív abundanciájának csökkenésére egy másik lehetőség, hogy ezek a változások az ehető klorofiták csökkenését és az ehetetlen cianobaktériumok növekedését tükrözik, mivel a klorofiták érzékenyebbek az AZ-ra, mint a cianobaktériumok.

Az is ismert, hogy a gombák zoospórái kritikus szerepet játszanak az ehetetlen cianobaktériumok és a zooplankton összekapcsolásában. Az ízeltlábúak (kladoceránok vagy kopárfejűek) nem képesek de novo szterolok szintézisére, ezért azokat a táplálékukból kell előteremteniük. Például a cytrid zoospórák alapvető táplálékkiegészítőt jelentenek a Daphnia számára, amikor filamentózus cianobaktériumokat legelnek. Mivel az AZ gombaölő szer erősen gátolta a gombákat, és ezért valószínűleg csökkentette a gombák zoospóraszámát (1. táblázat), lehetséges, hogy a cianobaktériumokat legelő Daphnia csökken, ami viszont hozzájárul a Daphnia növekedésének csökkenéséhez (1. táblázat) és a cianobaktériumok növekedésének növekedéséhez, ezáltal védve a cianobaktériumokat a legeléstől. Sem a zooplankton-közösség, sem a cianobaktériumok vírusai és parazitái nem valószínűsítették a cianobaktérium-virágzást. A táplálékhálózat szerkezetének módosításával azonban stabilitást adhatnak a vízi rendszerhez, és befolyásolhatják a mikrobiális közösséget, valamint potenciálisan hozzájárulhatnak a cianobaktérium-virágzáshoz.

Metabolikus útvonalak az eukariótákban és a baktériumokban az AZ kezelésre adott válaszként

Mivel a Chlorella nemzetségben és más klorofitákban korlátozott a teljes transzkriptomikai annotációs információ , a teljes mikrobiális közösség meta-transzkriptomikai elemzései hasznosak voltak a planktonikus szervezetek és a cianobaktériumok közötti kölcsönhatások további megértéséhez. A funkcionális annotáció összefoglalása az 1. kiegészítő fájlban található: Kiterjesztett eredmények, a részletes funkcionális variáció pedig a 2. kiegészítő fájlban: Adatállomány 3, 4. Megkülönböztettük az eukariota és a baktériumok szekvenciáit, és a KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) 3. szintjén boncolgattuk őket. Az 5. ábra mutatja a 40 legfontosabb útvonalat a transzkriptek relatív gyakorisága alapján (amelyek az előző fejezetben említett négy anyagcsere-rendszerhez tartoznak) eukariótákban és baktériumokban.

Még ha az eukarióta összetételi arányát nem is befolyásolta erősen az AZ (Additional file 1: Figure S5a), a KEGG 3. szintű útvonalakat gyakran érezhetően befolyásolta (Additional file 2: Dataset 4). Amint az 5a. ábrán látható, az AZ jelenléte miatt az eukariótákban a legnagyobb mértékben túlexprimált útvonalak a növényi hormonok jelátvitelét, a MAPK jelátviteli útvonalat, a nitrogén-anyagcserét, az ubikvitin-mediált proteolízist és a glicerofoszfolipid-anyagcserét, a legnagyobb mértékben alulexprimált útvonalak pedig a porfirin és klorofill anyagcsere, az oxidatív foszforiláció és a peroxiszóma voltak, ami arra utal, hogy az AZ modulálja a funkcionális génexpressziót az eukariótákban.

A cianobaktériumvirágzásra válaszul a baktériumközösség szerkezete és a metabolikus útvonalak relatív gyakorisága drámaian megváltozott (5b. ábra és Additional file 1: Figure S5b). Amint az 5b. ábrán látható, a cianobaktériumokkal szoros kapcsolatban álló útvonalak szignifikánsan túlterjedtek (p < 0,05), beleértve a karotinoid-bioszintézist (+ 1326% a kontrollhoz képest), a fotoszintézis-antenna fehérjéket (+ 1305%) és a fotoszintézist (+ 758%). Azt is megfigyeltük, hogy számos alacsony relatív gyakoriságú (< 0,05), az antibiotikumokkal, a vitaminanyagcserével és a poliszacharidszintézissel kapcsolatos útvonal differenciálisan expresszálódott az AZ hatására (Additional file 2: Dataset 4). Ezeket a funkciókat az alábbiakban tárgyaljuk.

1. Az oxidatív foszforiláció és a fotoszintézis AZ általi modulációja. Az oxidatív foszforilációval kapcsolatos gének relatív expressziós szintje mind az eukariótákban, mind a prokariótákban drámaian csökkent az AZ-zal kezelt mikrokozmoszokban, és a gátlás mértéke a két királyságban egyenértékű volt, azaz ~ 42% a kontrollhoz képest. Az F-ATPáz enzimet kódoló gének (atpA, atpB, atpD és atpF), a mitokondriális és kloroplasztikus membránokban, mind az eukariótákban, mind a baktériumokban jelentősen alulexprimáltak (kb. 40~80%-kal csökkentek) (p < 0,05). Az F-ATPáz transzkripciójának csökkenése az AZ toxikus hatásával magyarázható, amely gátolja a citokróm b és a citokróm c1 közötti elektronátviteli komplexet, csökkentve a mitokondriális légzést és az ATP-termelést . Ami a fotoszintetikus metabolikus útvonalakat illeti, a fotoszisztéma transzkriptumainak modulációja az AZ-kezelést követően eltérő volt az eukariota és a baktériumok között (Additional file 1: S6 ábra). A baktériumokban a fikobiliszómában részt vevő gének (pl. apcD, apcE, cpeC, cpeZ) erősen (kb. 4-32-szeresére) túlterjedtek, míg az eukariótákban a fénygyűjtő komplex fehérjéit kódoló gének (pl. LHCB2 és LHCA1) transzkripciója nagyrészt változatlan maradt (Additional file 2: Dataset 5). Ez összhangban van a cianobaktériumok növekedésével az AZ-kezelt mikrokozmoszokban. Érdemes azonban megjegyezni, hogy a baktériumok rendelkezhetnek AZ méregtelenítő mechanizmusokkal az AZ toxicitásának csökkentésére a NAD(P)H-kinon oxidoreduktáz gének (ndhD, ndhF, ndhH) erős (kb. 10-24-szeres) növekedése révén, amelyek egy olyan enzimet kódolnak, amely védi a sejteket az AZ jelenlétében fellépő környezeti stresszel szemben. Ezen kívül a prokarióták detoxikálhatják a reaktív oxigénfajokat a karotinoid bioszintézis (+ 1326%) és a glutation metabolizmus (+ 344%) növekedése révén, és javíthatják a sejtek reparációját (a mismatch javításban részt vevő gének, + 211%) .

2. Poliszacharid szintézis és degradáció. Az eukariótákban a poliszacharidok bioszintézisével kapcsolatos számos gén transzkripciója megnőtt (Additional file 1: S3 táblázat), például a lipopoliszacharid bioszintézis útvonalainak génjei (+353%). Egy poliszacharid-asszociált rendszer (ABC-transzporter, +162%) is túlexprimálódott mind az AZ-, mind a kontrollcsoportban, amelyről kimutatták, hogy a poliszacharidokat a sejteken kívülre exportálja. A fitoplanktonban fokozott poliszacharidszintézisről számoltak be stresszes környezetben . Ezzel szemben a baktériumokban a glikánszintézishez kapcsolódó 4 útvonal (N-glikán bioszintézis, különböző típusú N-glikán bioszintézis, lipopoliszacharid bioszintézis és peptidoglikán bioszintézis) szignifikánsan (kb. 63~77%-kal) alulexprimálódott (p < 0,05), de az “egyéb glikán lebontás” útvonal ~ 10-szeres túlterjedést mutatott az AZ kezelt mikrokozmoszokban a kontrollhoz képest. Feltételezve, hogy a prokariótákban a poliszacharidszintézis általánosan megjósolt csökkenése a cianobaktériumokban is bekövetkezett, a cianobaktériumokban a poliszacharid ballaszt feltételezett csökkenése segíthet a cianobaktériumok tófelszínen tartásában és a virágzás során a mélységgel erősen gyengülő fény kihasználásában. Számos cianobaktériumról, köztük a Synecocchococus nemzetséghez tartozókról kimutatták, hogy valóban modulálják a felhajtóerőt a poliszacharidszintézis révén .

3. A vitaminok bioszintézisének modulációja és a baktériumok és eukarióták közötti lehetséges kölcsönhatások. Az eukariótákban a B-vitaminok bioszintézisével kapcsolatos összes útvonal (pl. tiamin, riboflavin, niacinamid, pantotenát, B6-vitamin, biotin, liponsav és folsav) túlterjedt (14~243%-kal) az AZ kezelt mikrokozmoszokban a kontrollhoz képest (Additional file 1: Table S4). Ezzel szemben a baktériumokban a folsav, a nikotinamid és a tiamin bioszintéziséhez kapcsolódó biokémiai útvonalak az AZ-expozíciót követően túlterjedtek (37~139%) a mikrokozmoszokban, míg a vitaminok bioszintetikus útvonalai alacsonyabb relatív gyakorisággal (pl., biotin és liponsav, riboflavin, B6) szignifikánsan alulexprimáltak (22~68%-kal, p < 0,05) az AZ-kezelt mikrokozmoszokban a kontrollhoz képest (Additional file 1: Table S4). Érdekes módon a baktériumokban a B12-vitamin (kobalamin) transzportjában részt vevő két gén (azaz a btuB vagy K16092: B12-vitamin transzporter és a btuF vagy K06858: B12-vitamin transzport rendszer szubsztrátkötő fehérje) relatív gyakorisága 88%-kal, illetve 57%-kal csökkent az AZ kezelt mikrokozmoszokban a kontrollhoz képest (lásd a 2. kiegészítő fájl: 5. adatkészlet). Mivel számos eukarióta faj (beleértve a gombákat és számos klorofitát) nem képes de novo szintetizálni a kobalamint, és mutualista baktériumokra támaszkodik e vitamin megszerzésében , eredményeink alátámasztják azt a hipotézist, hogy a cianobaktériumok növekedése AZ jelenlétében legalábbis részben a B12-vitamin baktériumok és eukarióták közötti mutualista cseréjének csökkenésével magyarázható.

az AZ megváltoztatta a gombák, eukarióta algák és cianobaktériumok közötti kölcsönhatásokat

Eredményeink összhangban vannak a gombák vagy eukarióták és prokarióták közötti allelopatikus kölcsönhatásokkal, amelyek potenciális hatással lehetnek a cianobaktériumvirágzás dinamikájára. Először is, a cianobaktériumok sejtlízisét elősegítő számos másodlagos anyagcsereterméket termelő gombák relatív aktivitásának csökkenéséről számoltunk be, ami segíthet a cianobaktériumoknak kedvezni. Másodszor, az antibiotikumok bioszintézisének két eukarióta útvonala (monobaktám bioszintézis (+ 1524%) és penicillin és cefalosporin bioszintézis (+ 161%), 1,6-15-ször nagyobb mértékben fejeződött ki az AZ expozíció alatt. Ez arra utal, hogy az eukarióta mikroorganizmusok antibakteriális vegyületek termelésével válaszolhatnak a cianobaktériumok számának növekedésére, bár nem valószínű, hogy ez megakadályozza a cianobaktérium-virágzás kitörését. Harmadszor, amint az az 1. kiegészítő fájlban látható: S7 ábra, a cianobaktériumok relatív abundanciája a baktériumközösségben 39,3% volt a Taihu-tóból vett mintavételi helyünkön (a 16S rRNS génszekvenálási adatokból levezetve), míg a cianobaktériumok RAT-értéke a baktériumokban 7d-kultúra után a kontroll és az AZ kezelt csoportokban 7,1% és 72,1% volt. Ez azt jelezte, hogy a zöld algák nagy aránya (3c. ábra) korlátozhatja a cianobaktériumok aktivitását, még eutróf körülmények között is.

A rövid távú AZ-szennyezés hosszú távú potenciális hatása

Mint az 1. kiegészítő fájlban látható: S8 ábra, 50 napos tenyésztés után az algák és a szerves anyagok leülepedtek a mikrokozmoszokban, így azok a kontrollcsoportban tisztává váltak. Az AZ csoport azonban még mindig az algavirágzás tipikus jellemzőit mutatta, zöldnek és zavarosnak tűnt. Ez az érdekes jelenség azt illusztrálta, hogy bár az AZ koncentrációja 15 nap után a mikrokozmoszokban a kimutatási határérték alatt volt (1d. ábra), a nagyfokú változékonyság az elsődleges szakaszban még mindig tartós hatást okoz 50 napig (Additional file 1: S8 ábra). Az AZ-maradványt széles körben kimutatták a vízkörnyezetben, ami azt jelzi, hogy ezek a víztestek egykor rövid ideig nagy koncentrációjú AZ-szennyezést szenvedhettek. Az oldott AZ gyorsan csökkent a mikrokozmoszokban (1d. ábra), 15 napos algakultúra után a kimutatási határérték alá esett, ami azt jelezte, hogy az oldott AZ gyorsan eloszlott a mikrokozmoszokban. A természetes vízrendszerekben az AZ-t felveheti a plankton, adszorbeálódhat szerves felületekre és üledékekre, vagy biodegradáció és fotolízis révén eloszlatható. Ezért az AZ csúcskoncentrációja várhatóan sokkal magasabb, mint a tavakban, patakokban vagy talajvízben észlelt 0,01 és 29,70 μg L-1 közötti oldott koncentrációk, ami arra utal, hogy a kísérleteinkben használt fungicid-koncentrációkhoz közeli koncentrációk átmenetileg előfordulhatnak, ami hosszú távú negatív hatásokat okozhat. A Thiram® gombaölő szer szermaradványait például 0,27-2,52 mg L-1 tartományban lehetett kimutatni a kijuttatott parcellák körüli felszíni vizekben. Ezenkívül számos más gombaölő szer, amely kölcsönhatásba léphet az AZ-zal, létezik a vízi rendszerekben (gyakran az üledékhez adszorbeálódva), és az üledék remobilizációja révén visszakerülhet a felszíni vizekbe. Ebből következik, hogy a környezetben lévő magas AZ-koncentrációk (legalábbis szórványosan) toxikus hatást gyakorolhatnak a vízi mikroorganizmusokra, miközben paradox módon kedveznek a cianobaktériumok növekedésének.

A gombaölő szerekkel való szennyezés mindig együtt jár a tápanyag-túldúsulással a mezőgazdasági területekhez közeli víztestekben, ahol gyakran fordul elő cianobaktérium-virágzás. Feltételezhetjük, hogy az eutrofizáció és az AZ-szennyezőanyag egyszerre fordulna elő egy korlátozott vízterületen a szántóföldek közelében esőzések után, ami drámai változásokat okozna a mikrobiális közösség szerkezetében és elősegítené a cianobaktérium-virágzást. Ezek a cianobaktériumok a következő esőzést követően más víztestekbe kerülhetnek. Ezután megváltoztatják a szennyezett vizek közösségi szerkezetét, és hozzájárulnak a közeli vizek eutrofizációjához. Ismeretes, hogy a mikrobiális ökológiai hálózatnak megvan a maga egyensúlya, amelyet az eutrofizáció megváltoztathat. Ez a tanulmány azt jelzi, hogy a fungicidek fontos szerepet játszhatnak a HCB-k elősegítésében a komplex közösségi hálózati kölcsönhatásokon keresztül.