A metagenomic approach and network analysis was used to investigate the wide-spectrum profiles of antibiotic resistance genes (ARGs) and their co-occurrence patterns in 50 samples from 10 typical environments. In total, 260 ARG subtypes belonging to 18 ARG types were detected with an abundance range of 5.4 × 10(-6)-2.2 × 10(-1) copy of ARG per copy of 16S-rRNA gene. The trend of the total ARG abundances in environments matched well with the levels of anthropogenic impacts on these environments. From the less impacted environments to the seriously impacted environments, the total ARG abundances increased up to three orders of magnitude, that is, from 3.2 × 10(-3) to 3.1 × 10(0) copy of ARG per copy of 16S-rRNA gene. The abundant ARGs were associated with aminoglycoside, bacitracin, β-lactam, chloramphenicol, macrolide-lincosamide-streptogramin, quinolone, sulphonamide and tetracycline, in agreement with the antibiotics extensively used in human medicine or veterinary medicine/promoters. The widespread occurrences and abundance variation trend of vancomycin resistance genes in different environments might imply the spread of vancomycin resistance genes because of the selective pressure resulting from vancomycin use. The simultaneous enrichment of 12 ARG types in adult chicken faeces suggests the coselection of multiple ARGs in this production system. Non-metric multidimensional scaling analysis revealed that samples belonging to the same environment generally possessed similar ARG compositions. Based on the co-occurrence pattern revealed by network analysis, tetM and aminoglycoside resistance protein, the hubs of the ARG network, are proposed to be indicators to quantitatively estimate the abundance of 23 other co-occurring ARG subtypes by power functions.

Summary Activated sludge ( AS ), which has been in use for 100 years, has been the most popular biological process in various wastewater treatment plants ( WWTPs ), in which bacteria plays central roles in pollutant removal. However, the potential relationship between bacteria taxa and the niches occupied by specific functional bacteria in AS are largely unknown. Here, correlation‐based network analysis was applied to a 16S rRNA gene pyrosequencing dataset containing > 760 000 sequences of 50 AS samples from globally distributed full‐scale WWTPs . The results showed that (i) bacterial assembly in AS was nonrandomly arranged by taxonomic relatedness and (ii) intra‐ and inter‐phylum/class co‐occurrence higher than expected by chance was induced by multiple deterministic processes, such as habitat filtering and competition. Moreover, based on bacterial occupancy, a prevalent core set of cosmopolitan functional bacteria (e.g. multiple nitrogen‐cycling‐related bacteria) was widely distributed in the AS of different WWTPs , showing strong ecological associations among them. Additionally, the AS network has statistical and structural characteristics similar to those of previously reported ecological networks, such as power‐law connectivity distribution and nonrandomly connected properties. Overall, this work provides novel insights into the bacterial associations within AS and sheds light on the ecological rules guiding bacterial assembly in WWTPs .

Abstract Little is known about the co-evolutionary history of the human gut microbe and its relevance to host physiology. Here, we constructed a gut prokaryotic genomic database of wild primates (pSGBs) and compared it with the human gut prokaryotic database (hSGBs) to define shared co-evolutionary clusters (SCEC-hSGBs) and co-evolutionary traits of hSGBs. We analyzed the evolutionary trends of specific functions like carbohydrate-active enzymes and antibiotic resistance in hSGBs and uncovered host-jumping events and genome reduction tendencies in SCEC-hSGBs. Intriguingly, the SCEC-hSGBs and the super enrichers of the traits (SUEN-hSGBs), which are putatively partially derived from carnivores, showed opposite implications for host health status. Specifically, SUEN-hSGBs are enriched in various diseases, showing a negative correlation with gut biodiversity and disproportionate contributions to the known health-negative marker taxa and metabolite. Our study provides insight into the origin and adaptability of human gut microbes and references for developing probiotics and microbiome-based host health prediction.

Aminophenyl sulfone compounds (ASCs) are widely used in various fields, such as the pharmaceutical and textile industries. ASCs and their primary acetylation products are inevitably discharged into the environment. However, the high toxicity of ASCs could be released from the deacetylation of acetylation products. Still, the occurrence and ecological risks of ASCs and their acetylation products remain largely unknown. Here, we integrated all of the existing ASCs based on the core structure, together with their potential acetylation products, to establish a database covering 1105 compounds. By combining the database with R programming, 45 ASCs, sulfonamides, and their acetylation products were identified in the influent and effluent of 19 municipal wastewater treatment plants in 4 cities of China. 13 of them were detected for the first time in the aquatic environment, and 12 acetylation products were newly identified. The cumulative concentrations of 45 compounds in the influent and effluent were in the range of 231-9.96 × 10

Abstract Prevotella copri and related taxa are widely detected in mammalian gut microbiomes and have been linked with one human enterotype. However, their microevolution and macroevolution among hosts are poorly characterized. In this study, extensively collected marker genes and genomes were analyzed to trace their evolutionary history, host specificity, and biogeographic distribution. Investigations based on 16S rRNA gene, gyrB , and genomes suggested that a multi-specific P. copri -containing lineage (PCL) harbors diverse species in higher primates. Firstly, P. copri is the dominant species of PCL in the human gut and consists of multiple groups exhibiting high genomic divergence and conspicuous but non-strict biogeographic pattern. Most African strains with high genomic divergence from other strains were phylogenetically placed near the species root, indicating the co-evolutionary history of P. copri and Homo sapiens . Secondly, although long-term co-evolution between PCL and higher primates was revealed, sporadic signals of co-speciation and extensive host jumping of PCL members were observed among higher primates. Metagenomic and phylogenetic analyses indicated that P. copri and other PCL species found in captive mammals have been recently transmitted from humans. Thirdly, strong evidence was found on the extensively horizontal transfer of genes (e.g., carbohydrate-active enzyme encoding genes) among sympatric P. copri groups and PCL species in the same primate host. Our study provides panoramic insights into the complex effects of vertical and horizontal transmission, and potential niche adaption on speciation, host, and biogeographical distribution spanning microevolutionary and macroevolutionary history for a certain gut bacterial lineage. Importance Prevotella copri and its related taxa, which we designated as Prevotella copri -containing lineage (PCL) in the present study, are widely detected in guts of human, non-human primates and many captive mammals, showing positive or negative correlation to some human diseases. However, a comprehensive understanding on its microevolutionary (within P. copri ) and macroevolutionary (among PCL members) history across host species and host biogeography is still lacking. According to our analysis based on 16S rRNA gene, gyrB and genomes, we provided the panoramic insights into the putative effects of vertical transfer, horizontal transmission and potential niche selection on host and biogeographical distribution of this gut bacterial lineage and P. copri . To our knowledge, it is the first time that a gut bacterial lineage was studied at both micro- and macroevolutionary levels, which can aid our systematic understanding on the host-microbe co-evolutionary interactions.

Abstract Novel electromagnetic (EM) materials with adjustable EM properties are anticipated to fulfill the requirements of electronic communication, national defense, and aerospace fields. In this study, functional Ti 3 C 2 T x @Ni composite powders with adjustable Ni content were successfully prepared using a facile electroless plating strategy. The EM parameters can be regulated by controlling the Ni content in Ti 3 C 2 T x @Ni composite powders. As the Ni content increases, the values of real and imaginary parts of the complex permittivity of the Ti 3 C 2 T x @ y Ni/wax (y = 10 ~ 80) in the 2-18 GHz show a trend of initially decreasing and then increasing. The real and imaginary parts of the complex permeability of Ti 3 C 2 T x @ y Ni/wax range from 0.95 to 1.03 and −0.10 to 0.07, respectively. After introducing magnetic Ni, Ti 3 C 2 T x exhibits dielectric and magnetic losses on EM waves, with dielectric losses having a greater dissipation on the EM waves.

Water shortage and poor soil fertility are two main limiting factors for crop production in semiarid region. We evaluated the effect of five irrigation times (0, 2, 3, 4 and 5 times with 50 mm per time) and four phosphorus fertilizer rates (0, 60, 90 and 120 kg/ha) on chasmogamous (CH) and cleistogamous (CL) part of Lespedeza potaninii on seed yield, total seed yield, seed yield components and agronomic traits from the year 2022 to 2023. The CH and CL seed yield, total seed yield of L. potaninii was significantly (p<0.001) affected by the year, irrigation, phosphorus fertilizer, and irrigation×phosphorus. The maximum average total seed yield over 2 years (1,126 kg/ha) occurred at the 5 times irrigation (250 mm) and 90 kg/ha phosphorus fertilizer rate (P). The CL seed yield exceeded the CH seed yield under the no irrigation and I2. Conversely, the CH seed yield was higher than the CL seed yield under the I3, I4, and I5 treatments. All the seed yield components were significantly (p<0.01) correlated with CH and CL seed yield. Correlation and structural equation model analyses were used to determine the contribution of yield components to seed yield. Increasing irrigation times and fertilization indirectly boosted CH and CL seed yield by raising the number of CH and CL racemes per stem, respectively. We found that the maximum water use efficiency was achieved with 4 times irrigation (200 mm) and 90 kg/ha P. At each irrigation level, the partial phosphorus fertilizer productivity at 60 kg/ha P was significantly (p<0.05) higher than that at other phosphorus application levels. Economic analysis showed that a considerable net profit was achieved after 5 times irrigation (250 mm) and 90 kg/ha P. Our findings enable further understanding of the mechanism of dimorphic seed yield response to irrigation and P in L. potaninii and provide a reference for appropriate agronomic measures to improve its dimorphic seed yield.

Abstract Accumulibacter is the major polyphosphate-accumulating organism (PAO) in global wastewater treatment systems. Its phylogenetic and functional diversity has been continuously updated in recent years. In addition to its widely recognized two sublineages, Types I and II, here we discovered a novel type enriched in laboratory bioreactors. Core gene- and machine learning-based gene feature profiling supported that Type III Accumulibacter was potential PAO with the unique function of using dimethyl sulfoxide as electron acceptor. On the basis of the correlation between the similarity of ppk1 and genome, the number of ppk1 -represented Accumulibacter species was estimated to be over one hundred, suggesting that the currently recognized species are only the tip of the iceberg. Meanwhile, multiple Accumulibacter strains co-occurring in a bioreactor were investigated for their inter-strain transcriptional and morphological features. Metatranscriptomics of seven co-occurring strains indicated that the expression level and interphasic dynamics of PAO phenotype-related genes had minimal correlation with their phylogeny. In particular, expression of denitrifying and poly-P metabolism genes had higher inter-strain and interphasic divergence compared with glycogen and polyhydroxyalkanoates metabolic genes. A strategy of cloning rRNA genes from different strains based on similar genomic synteny was successfully applied to differentiate their morphology via fluorescence in situ hybridization. Our study further expanded the phylogenetic and functional diversity of Accumulibacter . We also proposed that deciphering the function and capability of certain Accumulibacter should be environment- and population-specific. Importance Accumulibacter , as the core functional but uncultured taxa for enhanced biological phosphorus removal, has attracted much attentions on its phylogenetic and functional diversity and intra-genus niche differentiation in the last two decades. It was well-known that this genus had two sub-lineages (Type I and II) since 2002. In this study, a novel type (Type III) with proposed novel functional feature was discovered by the metagenomic approach. By linking average nucleotide identity of Accumulibacter genomes and the similarity of the ppk1 sequences, a phylogenetic biomarker that has been largely deposited in database, we estimated that its global species-level diversity was higher than 100. Moreover, as we found the co-occurrence of multiple Accumulibacter strains in one bioreactor, the simultaneous transcriptional divergence of the co-occurring strains was interesting for understanding their niche differentiation in a single community. The results suggested the decoupling feature between transcriptional pattern with phylogeny for co-occurring strains.