Dénitrification versus ammonification respiratoire : contrôles environnementaux de deux voies de réduction dissimilatoires NO3−/NO2− en compétition dans la souche Shewanella loihica PV-4

La dénitrification et l'ammonification respiratoire sont deux voies de réduction NO3(-)/NO2(-) concurrentes et économes en énergie, qui ont des conséquences biogéochimiques majeures pour la rétention de l'azote, la croissance des plantes et le climat. Des expériences en culture en batch et continue utilisant la souche Shewanella loihica PV-4, une bactérie possédant à la fois les voies de dénitrification et d'ammonification respiratoire, ont révélé des facteurs qui déterminent le sort des NO3(-)/NO2(-). La dénitrification dominait à faibles ratios carbone/azote (C/N) (c'est-à-dire, des conditions de croissance limitantes en donneurs d'électrons), tandis que l'ammonium était le produit prédominant à des ratios C/N élevés (c'est-à-dire, des conditions de croissance limitantes en accepteurs d'électrons). Le pH et la température affectaient également le sort des NO3(-)/NO2(-), et une incubation au-dessus d'un pH de 7,0 et à des températures de 30 °C favorisait la formation d'ammonium. Les analyses par PCR quantitatif en temps réel utilisant une transcriptase inverse ont corrélé les observations phénotypiques avec les abondances de transcrits nirK et nosZ qui ont diminué jusqu'à 1600 fois et 27 fois, respectivement, dans des conditions favorisant l'ammonification respiratoire. Parmi les deux gènes nrfA encodés sur le génome de la souche PV-4, la transcription de nrfA0844 a diminué uniquement lorsque le réacteur à chémostats a reçu un milieu avec le plus bas ratio C/N de 1,5, tandis que la transcription de nrfA0505 se produisait à de faibles niveaux (≤3,4 × 10(-2) transcrits par cellule) dans toutes les conditions de croissance. À des ratios C/N intermédiaires, la dénitrification et l'ammonification respiratoire se produisaient simultanément, et les deux gènes nrfA0844 (5,5 transcrits par cellule) et nirK (0,88 transcrits par cellule) étaient transcrits. Des découvertes récentes suggèrent que les organismes possédant à la fois les voies de dénitrification et d'ammonification respiratoire ne sont pas rares dans les écosystèmes du sol et des sédiments, et que la souche PV-4 offre un système expérimental abordable pour explorer la régulation des voies de réduction dissimilatoires NO3(-)/NO2(-).