Sự chuyển tiếp trong các cộng đồng vi khuẩn dọc theo gradient độ mặn 2000 km của Biển Baltic
Tóm tắt
Độ mặn là yếu tố chính điều khiển sự phân bố của sinh vật trong hệ thống thủy sinh, và hầu hết các sinh vật đa bào thủy sinh đều thích ứng với cuộc sống trong điều kiện nước mặn hoặc nước ngọt. Do đó, các khu vực pha trộn nước mặn và nước ngọt ở các vùng ven biển hoặc cửa sông có sự đa dạng về động thực vật hạn chế. Mặc dù sự thay đổi về đa dạng và sự suy giảm số lượng loài trong nước lợ đã được tài liệu hóa rõ ràng trong sinh thái học thủy sinh, nhưng mức độ áp dụng của điều này đối với các cộng đồng vi khuẩn vẫn chưa được biết đến. Ở đây, chúng tôi báo cáo một kho dữ liệu vi khuẩn chi tiết đầu tiên từ các mẫu dọc theo 60 trạm lấy mẫu phân bố dọc theo gradient độ mặn của Biển Baltic, một trong những môi trường nước lợ lớn nhất thế giới, được tạo ra thông qua kỹ thuật giải trình tự 454 pyrosequencing các gene 16S rRNA phần (400 bp). Trong gradient độ mặn, thành phần cộng đồng vi khuẩn đã thay đổi ở các cấp độ phát sinh chủng loại rộng và chi tiết hơn. Tương tự như các cộng đồng động vật trong điều kiện nước lợ, chúng tôi đã xác định được một cộng đồng vi khuẩn nước lợ bao gồm sự kết hợp đa dạng của các nhóm nước ngọt và nước biển, cùng với các quần thể độc nhất cho môi trường này. Khi thời gian cư trú của nước ở Biển Baltic vượt quá 3 năm, cộng đồng vi khuẩn quan sát được không thể là kết quả của sự pha trộn giữa nước ngọt và nước mặn, mà nghiên cứu của chúng tôi đại diện cho mô tả chi tiết đầu tiên về một hệ vi sinh vật nước lợ bản địa. Ngược lại với sự suy giảm đa dạng của các sinh vật đa bào, sự giảm đa dạng vi khuẩn trong điều kiện nước lợ không thể được xác lập. Có thể rằng tốc độ thích ứng nhanh của vi khuẩn đã cho phép một loạt các dòng dõi lấp đầy một trong những sinh cảnh sinh thái đầy thử thách và tương đối ít người chiếm đóng của các sinh vật cao hơn.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Acinas, 2004, Fine-scale phylogenetic architecture of a complex bacterial community, Nature, 430, 551, 10.1038/nature02649
Altschul, 1997, Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs, Nucleic Acids Res, 25, 3389, 10.1093/nar/25.17.3389
Andersson, 2008, Comparative analysis of human gut microbiota by barcoded pyrosequencing, PLoS One, 3, e2836, 10.1371/journal.pone.0002836
Andersson, 2009, Pyrosequencing reveals contrasting seasonal dynamics of taxa within Baltic Sea bacterioplankton communities, ISME J, 4, 171, 10.1038/ismej.2009.108
Arnds, 2010, Development of a 16S rRNA-targeted probe set for Verrucomicrobia and its application for fluorescence in situ hybridization in a humic lake, Syst Appl Microbiol, 33, 139, 10.1016/j.syapm.2009.12.005
Bouvier, 2002, Compositional changes in free-living bacterial communities along a salinity gradient in two temperate estuaries, Limnol Oceanogr, 47, 453, 10.4319/lo.2002.47.2.0453
Cognetti, 2000, Biodiversity and adaptive mechanisms in brackish water fauna, Marine Pollut Bull, 40, 7, 10.1016/S0025-326X(99)00173-3
Cole, 2009, The Ribosomal Database Project: improved alignments and new tools for rRNA analysis, Nucleic Acids Res, 37, D141, 10.1093/nar/gkn879
Cottrell, 2003, Contribution of major bacterial groups to bacterial biomass production (thymidine and leucine incorporation) in the Delaware estuary, Limnol Oceanogr, 48, 168, 10.4319/lo.2003.48.1.0168
Crump, 1999, Phylogenetic analysis of particle-attached and free-living bacterial communities in the Columbia river, its estuary, and the adjacent coastal ocean, Appl Environ Microbiol, 65, 3192, 10.1128/AEM.65.7.3192-3204.1999
Crump, 2004, Microbial biogeography along an estuarine salinity gradient: combined influences of bacterial growth and residence time, Appl Environ Microbiol, 70, 1494, 10.1128/AEM.70.3.1494-1505.2004
DeSantis, 2006, Green genes, a chimera-checked 16S rRNA gene database and workbench compatible with ARB, Appl Environ Microbiol, 72, 5069, 10.1128/AEM.03006-05
Feistel, 2008, State and Evolution of the BALTIC Sea, 1952–2005: A Detailed 50-Year Survey of Meteorology and Climate, Physics, Chemistry, Biology, and Marine Environment. General Oceanography of the Baltic Sea, 10.1002/9780470283134
Giovannoni, 2005, Proteorhodopsin in the ubiquitous marine bacterium SAR11, Nature, 438, 82, 10.1038/nature04032
Hamady, 2010, Fast UniFrac: facilitating high-throughput phylogenetic analyses of microbial communities including analysis of pyrosequencing and PhyloChip data, ISME J, 4, 17, 10.1038/ismej.2009.97
Hamady, 2008, Error-correcting barcoded primers for pyrosequencing hundreds of samples in multiplex, Nat Methods, 5, 235, 10.1038/nmeth.1184
Hayek, 1996, Surveying Natural Populations
Hubbell, 2001, The Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography
Kan, 2008, Novel estuarine bacterioplankton in rRNA operon libraries from the Chesapeake Bay, Aquat Microb Ecol, 51, 55, 10.3354/ame01177
Kell, 1973, Die Darβer Schwelle—eine biologische Grenze?, Wiss Zeit Univ Rostock, 22, 617
Kirchman, 2005, Biogeography of major bacterial groups in the Delaware estuary, Limnol Oceanogr, 50, 1697, 10.4319/lo.2005.50.5.1697
Kuczynski, 2011, Microbial community resemblance methods differ in their ability to detect biologically relevant patterns, Nat Methods, 7, 813, 10.1038/nmeth.1499
Labrenz, 2007, Distribution of abundant prokaryotic organisms in the water column of the central Baltic Sea with an oxic–anoxic interface, Aquat Microb Ecol, 46, 177, 10.3354/ame046177
Labrenz, 2005, Roseisalinus antarcticus gen. nov., sp. nov., a novel aerobic bacteriochlorophyll a-producing α-proteobacterium isolated from hypersaline Ekho Lake, Antarctica, Int J Syst Evol Micr, 55, 41, 10.1099/ijs.0.63230-0
Lozupone, 2007, Global patterns in bacterial diversity, Proc Natl Acad Sci USA, 104, 11436, 10.1073/pnas.0611525104
Ludwig, 2004, ARB: a software environment for sequence data, Nucleic Acids Res, 32, 1363, 10.1093/nar/gkh293
Murray, 1996, Phylogenetic compositions of bacterioplankton from two California estuaries compared by denaturing gradient gel electrophoresis of 16S rDNA fragments, Appl Environ Microbiol, 62, 2676, 10.1128/aem.62.7.2676-2680.1996
Newton, 2011, A guide to the natural history of freshwater lake bacteria, Microbiol Mol Biol Rev, 75, 14, 10.1128/MMBR.00028-10
Ojaveer, 2010, Status of biodiversity in the Baltic Sea, PLoS One, 5, e12467, 10.1371/journal.pone.0012467
Polz, 1998, Bias in template-to-product ratios in multitemplate PCR, Appl Environ Microbiol, 64, 3724, 10.1128/AEM.64.10.3724-3730.1998
Pommier, 2007, Global patterns of diversity and community structure in marine bacterioplankton, Mol Ecol, 16, 867, 10.1111/j.1365-294X.2006.03189.x
Pruesse, 2007, SILVA: a comprehensive online resource for quality checked and aligned ribosomal RNA sequence data compatible with ARB, Nucleic Acids Res, 35, 7188, 10.1093/nar/gkm864
Quince, 2011, Removing noise from pyrosequenced amplicons, BMC Bioinform, 12, 38, 10.1186/1471-2105-12-38
Rappé, 2000, Phylogenetic comparisons of a coastal bacterioplankton community with its counterparts in open ocean and freshwater systems, FEMS Microbiol Ecol, 33, 219, 10.1016/S0168-6496(00)00064-7
Remane, 1934, Die Brackwasserfauna, Zool Anz, 7, 34
Reissmann, 2009, State-of-the-art review on vertical mixing in the Baltic Sea and consequences for eutrophication, Progr Oceanogr, 82, 47, 10.1016/j.pocean.2007.10.004
Rheinheimer, 1984, Bacterial ecology of the Baltic Sea, Bot Mar, 27, 277
Rusch, 2007, The Sorcerer II Global Ocean Sampling expedition: northwest Atlantic through eastern tropical Pacific, PLoS Biol, 5, e77, 10.1371/journal.pbio.0050077
Sabehi, 2005, New insights into metabolic properties of marine bacteria encoding proteorhodopsins, PLoS Biol, 3, e273, 10.1371/journal.pbio.0030273
Schiewer, 2008, Ecology of Baltic Coastal Waters. Series: Ecological Studies, vol. 197, 10.1007/978-3-540-73524-3
Setälä, 2003, Planktonic ciliates in the Baltic Sea in summer: distribution, species association and estimated grazing impact, Aquat Microb Ecol, 32, 287, 10.3354/ame032287
Shaw, 2008, It's all relative: ranking the diversity of aquatic bacterial communities, Environ Microbiol, 10, 2200, 10.1111/j.1462-2920.2008.01626.x
Sogin, 2006, Microbial diversity in the deep sea and the underexplored ‘rare biosphere’, Proc Natl Acad Sci USA, 103, 12115, 10.1073/pnas.0605127103
Sloan, 2006, Quantifying the roles of immigration and chance in shaping prokaryote community structure, Environ Microbiol, 8, 732, 10.1111/j.1462-2920.2005.00956.x
Suzuki, 1996, Bias caused by template annealing in the amplification of mixtures of 16S rRNA genes by PCR, Appl Environ Microbiol, 62, 625, 10.1128/aem.62.2.625-630.1996
Suzuki, 1997, Bacterial diversity among small-subunit rRNA gene clones and cellular isolates from the same seawater sample, Appl Environ Microbiol, 63, 983, 10.1128/aem.63.3.983-989.1997
Telesh, 2010, Principal processes within the estuarine salinity gradient: a review, Mar Pollut Bull, 61, 4, 10.1016/j.marpolbul.2010.02.008
Uchino, 2002, Proposal of Pseudorhodobacter ferrugineus gen. nov., comb. nov., for a non-photosynthetic marine bacterium, Agrobacterium ferrugineum, related to the genus Rhodobacter, J Gen Appl Microbiol, 48, 309, 10.2323/jgam.48.309
Warnecke, 2004, Actinobacterial 16S rRNA genes from freshwater habitats cluster in four distinct lineages, Environ Microbiol, 6, 242, 10.1111/j.1462-2920.2004.00561.x
Wasmund, 2004, Biologische Zustandseinschätzung der Ostsee im Jahre 2003, Meereswissen Ber Warn, 60, 1
Wasmund, 1999, Phytoplankton in large river plumes in the Baltic Sea, ICES J Mar Sci, 56, 22, 10.1006/jmsc.1999.0615
Weinbauer, 2002, Simultaneous extraction from bacterioplankton of total RNA and DNA suitable for quantitative structure and function analyses, Appl Environ Microbiol, 68, 1082, 10.1128/AEM.68.3.1082-1087.2002
Wetzel, 2001, Salinity of Inland Waters. Limnology
Witkowski, 2005, Darss Sill as a border in the fossil record of the Baltic Sea: evidence from diatoms, Quatern Int, 130, 97, 10.1016/j.quaint.2004.04.035
Wu, 2006, Bacterioplankton community composition along a salinity gradient of sixteen high-mountain lakes located on the Tibetan Plateau, China, Appl Environ Microbiol, 72, 5478, 10.1128/AEM.00767-06
Ysebaert, 2003, Large-scale spatial patterns in estuaries: estuarine macrobenthic communities in the Schelde estuary, NW Europe, Estuar Coast Shelf S, 57, 335, 10.1016/S0272-7714(02)00359-1