Filamentous Fungi in the Sediments of the East Siberian and Laptev Seas

Full Text

Микобиота в различных областях мирового океана исследована крайне неравномерно. Хотя в арктических морях есть районы, где проводились неоднократные и разноплановые исследования грибов (например, в Баренцевом и Белом морях), в целом, арктическая морская микобиота до сих пор остается одной из наименее изученных (Rama et al., 2017). По большинству морей российского сектора Арктики сведения содержатся в единичных работах. Так, например, для Карского моря имеются сведения о разнообразии культивируемых грибов в донных осадках (Bubnova, 2010; Bubnova, Nikitin, 2017) и в воде (Кирцидели и соавт., 2012); для моря Лаптевых – в воде (Кирцидели и соавт., 2012); для Чукотского – в донных осадках (Bubnova, Konovalova, 2019; Luo et al., 2020). Для Восточно-Сибирского моря до сих пор отсутствовали сведения о разнообразии мицелиальных грибов. Поэтому основной целью нашей работы было изучение численности и разнообразия культивируемых мицелиальных грибов и численности дрожжей в донных грунтах неисследованных ранее районов в морях Лаптевых и Восточно-Сибирском.

Образцы грунтов отбирали в морях Лаптевых и Восточно-Сибирском в 69 рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” (АМК69) в августе‒октябре 2017 года (Flint et al., 2018). Часть работ по материалам, собранным в этом рейсе, уже опубликованы: например, результаты изучения бактериопланктона (Bezzubova et al., 2020) и мейобентоса (Portnova et al., 2021). В этих же работах приводятся подробные характеристики станций, включенных и в наше исследование. Материалом для нашей работы послужили образцы грунтов, отобранные на 15 станциях в море Лаптевых (номера станций: 5590, 5591, 5591–2, 5592, 5596, 5623–1, 5623–2, 5624–1, 5624–2, 5625, 5627, 5630, 5632, 5635, 5636) и на 12 станциях в Восточно-Сибирском море (номера станций: 5598, 5600, 5602, 5604, 5605, 5606, 5607, 5612, 5613, 5615, 5617, 5619) (рис. 1).

 

Рис. 1. Схема расположения станций 69 рейса НИС “Академик Мстислав Келдыш”. Диаметр меток пропорционален численности грибов в 1 г грунта на каждой из станций: более светлый круг – численности дрожжей, более темный – мицелиальных грибов. Отмечены также станции рейса ЦМИ МГУ – “станция 1” и “станция 2”

 

Для исследования микобиоты отбирали по одному образцу с каждой станции. Все исследованные 27 станций относительно мелководные, расположены в шельфовой зоне, на глубинах до 60 м. Также были проанализированы 8 образцов, полученных из ЦМИ МГУ, отобранных в сентябре 2017 года в Восточно-Сибирском море на двух станциях, по 4 образца с каждой: “станция 1” (71°26′12″ с. ш. 167°49′18″ в. д.) на глубине 24 м и “станция 2” (71°23′26″ с. ш. 169°5′2″ в. д.) на глубине 42 м (рис. 1). Образцы (35 штук) отбирали из верхних 2 см грунта, поднятого дночерпателем, в стерильные бумажные конверты, подсушивали и хранили в холодильнике при 6°C до обработки.

Для выделения грибов использовали метод комочков. Посевы проводили на агаризованные питательные среды: сусло-агар с морской солью (материалы АМК69 и ЦМИ МГУ; на 1 л – ячменно-солодовой концентрат ТУ 9185-020-93454900-12 из расчета 2 г общего содержания сахаров, 20 г соли морской для аквариумов Red Sea Salt, RS, Israel, 15 г агара); сусло-агар (материалы ЦМИ МГУ; солодовый экстракт 15°Б – 200 мл; дрожжевой экстракт – 1 г; дистиллированная вода – 800 мл) и на среду BY с морской солью (материалы АМК69; на 1 л: пептон – 1 г; дрожжевой экстракт – 1 г; глюкоза – 5 г, 20 г соли морской для аквариумов Red Sea Salt, RS, Israel, 15 г агара). Во все среды добавляли антибиотик Цефатоксим, 0.8 г/л. На каждую из сред в чашках Петри распределяли по 0.5 г образца. Выросшие колонии подсчитывали и выделяли чистые культуры через 5–6 недель инкубации посевов при температуре 6°C. Идентифицировали культуры по морфолого-культуральным признакам, таксономическое положение уточняли по базе Mycobank Database (mycobank.org).

Мицелиальные грибы были выделены из всех образцов грунтов, кроме станций 5623–1 и 5623–2 из моря Лаптевых и 5600, 5607 и 5615 из Восточно-Сибирского моря рейса АМК69, и всех образцов со “станции 2” из ЦМИ МГУ. Численность мицелиальных микромицетов была крайне низкой: среднее значение в грунтах моря Лаптевых менее 2 на 1 г (табл. 1), при этом с большинства станций выделилось всего по 1 колонии, а максимум (по 4 колонии) со станций 5624–2 и 5632 (рис. 1).

 

Таблица 1. Таксономический состав мицелиальных грибов в донных грунтах морей Лаптевых и Восточно-Сибирском

Названия таксонов	АМК69 Лапт	АМК69 В-С	ЦМИ В-С
ASCOMYCOTA
Dothideomycetes:
Cladosporium cladosporioides (Fresen.) G.A. de Vries		1 / 1
Cladosporium sphaerospermum Penz.		1 / 1
Eurotiomycetes:
Aspergillus glaucus (L.) Link			1 / 1
Pencillium chrysogenum Thom	3 / 3	1 / 1
Penicillium frequentans Westling	1 / 1
Penicillium lanosum Westling		2 / 2
Talaromyces sp.			1 / 1
Leotiomycetes:
Cadophora luteo-olivaceae (J.F.H. Beyma) T. C. Harr. & McNew	1 / 1	1 / 1
Oidiodendron tenuissimum (Peck) S. Hughes			1 / 1
Pseudeurotium zonatum J.F.H. Beyma	5 / 4	2 / 2
Pseudogymnoascus pannorum (Link) Minnis & D. L. Lindner	3 / 2	4 / 3
Pseudogymnoascus sp.			1 / 1
Sordariomycetes:
Acremonium charticola (Lindau) W. Gams	1 / 1
Chaetomium globosum Kunze ex Fr.	2 / 1	3 / 1
Chaetomium sp. 1		3 / 2
Chaetomium sp. 2	1 / 1
Cordyceps farinosa (Holmsk.) Kepler, B. Shrestha & Spatafora	3 / 2	4 / 3
Gliomastix murorum (Corda) S. Hughes		2 / 1
Tolypocladium inflatum W. Gams			1 / 1
Неидентифицированные морфотипы:
Темноокрашенные стерильные морфотипы		1 / 1	2 / 2
Светлоокрашенные стерильные морфотипы	4 / 4	5 / 4	2 / 1
Всего морфотипов мицелиальных грибов	13	17	8
Всего изолятов мицелиальных грибов	24	30	9
Численность дрожжей	702	143	0
Всего образцов	15	12	8

Примечание. АМК69 Лапт – в образцах, отобранных в 69 рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” в море Лаптевых; АМК69 В-С – в образцах, отобранных в 69 рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” в Восточно-Сибирском море; ЦМИ В-С – в образцах, предоставленных ЦМИ МГУ из Восточно-Сибирского моря. Для каждого морфотипа указаны: общее число выросших колоний / число образцов, из которых данный морфотип выделился.

 

Среднее значение численности мицелиальных грибов в грунтах Восточно-Сибирского моря немного выше, из большинства образцов выделялось 1–3 колонии, и только из одного образца (станция 5619 в эстуарии Колымы) выделилось 12 колоний (рис. 1). Дрожжи выделялись со всех станций, кроме 5612 АМК69 и обеих станций ЦМИ МГУ. Численность дрожжей почти во всех случаях была на порядок выше численности мицелиальных грибов (рис. 1). В море Лаптевых численность дрожжей варьировала от 21 до 68 колоний на 1 г, в среднем составляя около 47 на 1 г. В Восточно-Сибирском море численность дрожжей варьировала от 0 до 40 колоний на 1 г, в среднем составляя около 12 на 1 г (табл. 1; рис. 1). Распределение численности мицелиальных грибов и дрожжей было относительно равномерным в грунтах моря Лаптевых. В Восточно-Сибирском море наибольшие значения численности грибов показаны для приэстуарных станций рек Колыма и Индигирка, и в основном резко уменьшаются при удалении от берега (рис. 1).

Полученные значения численности мицелиальных грибов являются низкими даже для арктических морей. В прибрежных районах, особенно в приэстуарных, численность грибов может достигать десятков и даже сотен на грамм, как, например, в Обской губе Карского моря (Bubnova, 2010). Более низкие значения приурочены, в основном, к удаленным от побережья районам исследованных ранее морей (Bubnova, 2010; Bubnova, Nikitin, 2017; Bubnova, Konovalova, 2019; Luo et al., 2020) и обычно связаны с экстремально неблагоприятными условиями обитания для грибов – низкими температурами и очень небольшим количеством органики. Моря Лаптевых и Восточно-Сибирское различаются по гидрологии и климату (Marchenko, 2012). С одной стороны, море Лаптевых – одно из наиболее суровых морей, одинаково удаленное от более теплых вод как Атлантики, так и Тихого океана. С другой стороны, пресный сток в это море – один из самых значительных в Арктике, и речные воды, вместе с несомыми ими осадками, распространяются очень широко по шельфу в этом районе. Восточно-Сибирское море может быть несколько мягче по климату за счет близости к водам Тихого океана, но пресный сток в него в три раза ниже стока в море Лаптевых, и не наблюдается такого широкого распространения речных вод и осадков по бассейну этого моря. Учитывая, что большинство выделенных нами видов, видимо, имеют почвенное происхождение, можно предположить их поступление в моря с речными водами. Таким образом, выраженность эстуарного эффекта на сообщества грибов в Восточно-Сибирском и невыраженность его в море Лаптевых может быть связана с различием в особенностях гидрологии этих морей.

Разнообразие микобиоты относительно высокое для такой низкой численности. Всего было выделено 32 морфотипа, из которых 15 идентифицировали до вида и 4 – до уровня рода, а также стерильные светло- (10 морфотипов) и темноокрашенные (3 морфотипа) морфотипы (табл. 1). Идентифицированные виды и роды относились к четырем классам аскомицетов: Dothideomycetes (2 вида), Eurotiomycetes (5), Leotiomycetes (5) и Sordariomycetes (7). Большинство морфотипов было выделено единичными колониями из отдельных образцов. Среди выявленных видов, шесть были обнаружены в обоих морях: Penicillium chrysogenum, Cadophora luteo-olivaceae, Pseudeurotium zonatum, Pseudogymnoascus pannorum, Chaetomium globosum и Cordyceps farinosa. Наибольшая встречаемость отмечена для P. zonatum, P. pannorum и C. farinosа.

Высокое разнообразие при незначительной численности, видимо, является обычной картиной для арктических морских экосистем (Bubnova, Nikitin, 2017; Bubnova, Konovalova, 2019; Hagestad et al., 2019; Luo et al., 2020). Среди идентифицированных культур большая часть принадлежит к леоциевым и сордариевым, что согласуется с полученными ранее данными для некоторых арктических морей, как по результатам культуральных (Bubnova, Konovalova, 2019), так и метагеномных (Rama et al., 2017) работ. Наиболее часто выделившиеся в нашем исследовании виды – Pseudeurotium zonatum, Pseudogymnoascus pannorum, Penicillium chrysogenum – широко распространены в различных почвах умеренных и холодных регионов, также отмечались и в арктических морях, в основном в прибрежных районах (Domsh et al., 2007; Bubnova, 2010; Кирцидели и др., 2012; Luo et al., 2020). Интересными являются находки на пяти станциях Cordyceps farinosа (в виде анаморфы), ранее известного ассоциациями с беспозвоночными животными (Domsh et al., 2007). Однако мы не обнаружили связи его находок с богатством мейофауны (Portnova et al., 2021) на тех же станциях. Относительно высокая численность и разнообразие представителей рода Chaetomium в наших образцах необычны для морских экосистем и отмечаются только в работе по грунтам Чукотского моря (Bubnova, Konovalova, 2019).

Итак, впервые было исследовано разнообразие биоты культивируемых мицелиальных грибов в грунтах одних из наиболее суровых морей Арктики – Лаптевых и Восточно-Сибирском. Была обнаружена чрезвычайно низкая численность микобиоты при ее довольно высоком разнообразии. Наиболее часто встречаемые виды Pseudeurotium zonatum и Pseudogymnoascus pannorum, виды родов Penicillium, Chaetomium обычны для микобиоты холодных регионов, в том числе и для морских экосистем. Высокая численность дрожжей практически во всех исследованных образцах этих морей указывает на их значимую роль в донных сообществах, которую еще только предстоит изучить.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают признательность Дарье Андреевне Портновой (Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН) за отбор материала для исследования в 69 рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” и сотрудникам ЦМИ МГУ за предоставленные образцы грунта Восточно-Сибирского моря.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Подготовка публикации выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение 075-15-2021-1396). Идентификация грибов выполнена в рамках тем государственных заданий № 121032300079-4 “Экофизиология, цитология и генетика грибов как основа рационального природопользования и биотехнологий” и № 121032500077-8 “Разнообразие, структура и функционирование морских и прибрежных экосистем”.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

About the authors

M. L. Georgieva

Lomonosov Moscow State University; Gauze Institute for New Antibiotics

Author for correspondence.
Email: i-marina@yandex.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

E. N. Bilanenko

Lomonosov Moscow State University

Email: i-marina@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

A. A. Georgiev

Lomonosov Moscow State University

Email: i-marina@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

E. N. Bubnova

Lomonosov Moscow State University

Email: i-marina@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files