Informacija

Bakterijska i arhealna raznolikost* - Biologija

Bakterijska i arhealna raznolikost* - Biologija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Uvod u raznolikost bakterija i arhea

Možda bakterije mogu probnouzeti u obzirkao biokemijski pokusi; zbog svoje relativno male veličine i brzog rasta, varijacije se moraju pojaviti mnogo češće nego u diferenciranijim oblicima života, a osim toga mogu si priuštiti da zauzmu nesigurnije položaje uprirodnimekonomičnost od većih organizama sa zahtjevnijim zahtjevima. - Marjory Stephenson, u Bakterijski metabolizam, (1930.)

Prokarioti su jednostanični organizmi koji nemaju ni jezgru vezanu za membranu niti druge organele vezane za lipidnu membranu.Oni su sastavljenidvije filogenetski različite skupine organizama: Bacteria i Archaea. Posljednjih godina pojam prokariot je pao u nemilost mnogim mikrobiolozima. Razlog je taj što, iako bakterije i arheje dijele mnoge morfološke karakteristike, oneŠtoviše,predstavljaju evolucijski različite domene života. Slika ispod prikazuje jednostavno filogenetsko stablo s tri glavne domene života: bakterije, arheje iEukarija. To znači da ne bismo trebali koristiti izraz prokariot s namjerom da grupiramo bakterije i arheje na temelju zajedničke evolucijske povijesti. Međutim, zgodno je koristiti izraz "prokariot" kada opisujete skupine organizama koji dijele zajedničke morfološke karakteristike (tj. nemaju jezgru) i vjerojatno će to učiniti neki od vaših instruktora. Stoga, kada čujete ili koristite izraz "prokariot", uvjerite sedane koristi se niti implicira da su bakterije i arheje dio iste filogenetske skupine. Radije napravitesiguran da je upotreba izraza "prokariot" ograničenaza opisivanje zajedničkih fizičkih karakteristika ovih dviju mikrobnih skupina.

Slika 1. Iako su i bakterije i arheje opisane kao prokarioti,postavljeni suu odvojenim područjima života.Predak modernearhejevjeruje seimati povoda zaEukarija, treća domena života.Arhejskii prikazani su tipovi bakterija; točan evolucijski odnos između ovih tipova još uvijek je otvoren za raspravu.

Iako bakterije i arheje dijele mnoge morfološke, strukturne i metaboličke atribute, postoje mnoge razlike između organizama u ova dva klada. Najznačajnije razlike su u kemijskoj strukturi i sastavu membranskih lipida, kemijskom sastavu stanične stijenke i sastavu strojeva za obradu informacija (npr. replikacija, popravak DNK i transkripcija).

Bakterijska i arhealna raznolikost

Bakterije i arheje bile su na Zemlji mnogo prije nego se pojavio višestanični život. Oni su sveprisutni i imaju vrlo raznolike metaboličke aktivnosti. Ova raznolikost omogućuje različitim vrstama unutar klada da nastanjuju svaku zamislivu površinu na kojoj ima dovoljno vlage. Na primjer, neke procjene govore da u tipičnom ljudskom tijelu bakterijske stanice brojčano nadmašuju stanice ljudskog tijela za oko deset prema jedan. Bakterije i arheje čine većinu živih bića u svim ekosustavima. Određene bakterijske i arhealne vrste mogu napredovati u okruženju koje nije gostoljubivo za većinu drugih života. Bakterije i arheje, zajedno s mikrobnim eukariotima, također su kritične za recikliranje hranjive tvari neophodan za stvaranje novih biomolekula. Oni također pokreću evoluciju novih ekosustava (prirodnih ili umjetnih).

Prvi stanovnici Zemlje

Zemlja i njen mjesec su misaonibiti star oko 4,54 milijarde godina.Ova procjena se temeljina dokazima iz radiometrijskog datiranja meteoritskog materijala, zajedno s drugim supstratnim materijalom sa Zemlje i Mjeseca. Rana Zemlja imala je sasvim drugačiju atmosferu (sadržala je manje molekularnog kisika) nego danasbio podvrgnutdo jakog zračenja; Dakle, prvi bi organizmi procvjetali u područjima gdje su bili zaštićeniji, kao što su oceanske dubine ili ispod površine Zemlje. Tijekom tog vremenskog razdoblja, jaka vulkanska aktivnost bila je uobičajena na Zemlji, pa je vjerojatno da je evolucija ove prve organizme prilagodila vrlo visokim temperaturama.Rana Zemlja također je bila bombardiranas mutagenim zračenjem sunca. Prvi su organizmi, dakle, trebali izdržati sve te teške uvjete.

Dakle, kada je i gdje počeo život? Kakvi su bili uvjeti na Zemlji kada je život počeo? Što je LUCA (Posljednji univerzalni zajednički predak), kako izgleda prethodnica bakterija i arheja? Iako ne znamo točno kada i kako je život nastao i kako je izgledao kada je nastao, mičiniimatibroj odhipoteze temeljene na raznim biološkim i geološkim podacima koje ukratko opisujemo u nastavku.

Drevna atmosfera

Dokazukazujeda je tijekom prve dvije milijarde godina postojanja Zemlje atmosfera bila anoksična, što znači da nije bilo molekularnog kisika. Dakle, samo oni organizmi koji mogu rasti bez kisika—anaerobni organizmi — mogli živjeti. Autotrofni organizmi koji pretvaraju sunčevu energiju u kemijsku energijuse zovufototrofi, i onipojaviounutar jedne milijarde godina od nastanka Zemlje. Zatim, cijanobakterija, također poznate kao plavo-zelene alge, evoluirale su iz ovih jednostavnih fototrofa milijardu godina kasnije. Cijanobakterije su počele oksigenirati atmosferu. Povećani atmosferski kisik omogućio je razvoj učinkovitijeg O2-korištenjemkataboličkih puteva. To je također otvorilo zemlju pojačanoj kolonizaciji, jerneki O2se pretvarau O3 (ozon), a ozon apsorbira ultraljubičasto svjetlo koje bi inače uzrokovalo smrtonosne mutacije u DNK. U konačnici, povećanje O2 koncentracije su omogućile evoluciju drugih oblika života.

Napomena: Evolucija bakterija i arheja

Kako znanstvenici odgovaraju na pitanja o evoluciji bakterija i arheja? Za razliku odsživotinje, artefakti u fosilnim zapisima bakterija i arheja nude vrlo malo informacija. Fosili drevnih bakterija i arheja izgledaju poput sićušnih mjehurića u stijeni. Neki znanstvenici okreću se komparativnoj genetici koja je, kao što joj ime govori, domena biologije koja vrši kvantitativne usporedbe genetskih informacija između dvije ili više vrsta. Osnovna pretpostavka upodručjuKomparativna genetika je da što su se dvije vrste nedavno razišle, to će njihove genetske informacije biti sličnije. S druge strane, vrste koje su se davno razišle imat će više gena koji su različiti. Stoga, uspoređivanje genetskih sekvenci između organizama može baciti svjetlo na njihove evolucijske odnose i omogućiti znanstvenicima da stvore modele kako bi mogao izgledati genetski sastav predaka organizama koji se uspoređuju.

Znanstvenici s NASA-inog instituta za astrobiologiju i iz Europskog laboratorija za molekularnu biologiju surađivali su kako bi analizirali molekularnu evoluciju 32 specifična proteina uobičajena za 72 vrste bakterija. Model koji su izveli iz svojih podatakaukazujeda tri važne skupine bakterija - aktinobakterije, Deinococcusi cijanobakterije (koju autori nazivaju Terrabakterije)—vjerojatno su bili prvi koji su kolonizirali zemlju. Organizmi u rodu Deinococcus su bakterije kojenastoji bitivrlo otporan na ionizirajuće zračenje. Cijanobakterije sufotosintetizatori, dok su aktinobakterije skupina vrlo čestih bakterija koje uključuju vrste važne za razgradnju organskog otpada.

Vremenski okviri divergencije vrsta sugeriraju da su se bakterije (članovi domene Bacteria) odvojile od uobičajenih vrsta predaka prije između 2,5 i 3,2 milijarde godina, dok su se arheje razišle ranije: između 3,1 i 4,1 milijarde godina.Eukarijakasnije odvojio od arhejske linije. Postojale su bakterije sposobne rasti u anoksičnom okruženju koje je postojalo prijepojavomcijanobakterija (prije oko 2,6 milijardi godina). Te su bakterije morale biti otporne na sušenje i posjedovati spojeve koji štite organizam od zračenja.Predloženo jeda je pojava cijanobakterija sa svojom sposobnošću provođenja fotosinteze i proizvodnje kisika bila ključni događaj u evoluciji života na Zemlji.

Mikrobne prostirke

Mikrobne prostirke (velikebiofilmova) svibanjbiti reprezentativan zanajranija vidljiva struktura koju je formirao život na Zemlji; postoje fosilni dokazi o njihovoj prisutnosti prije otprilike 3,5 milijardi godina. A mikrobna prostirka je višeslojni list mikroba koji se sastoji uglavnom odbakterijeali to može uključivati ​​i arheje. Mikrobne prostirke su debele nekoliko centimetara i obično rastu na granici između dva materijala, uglavnom na vlažnim površinama. Organizmi u mikrobnoj prostircisu zadržanizajedno pomoću ljepljive tvari nalik na ljepilo koju luče, tvoreći izvanstanični matriks. Vrste unutar prostirke provode različite metaboličke aktivnosti ovisno o svom okolišu. Kao rezultat,identificirane su mikrobne prostirkekoje imaju različite teksture i boje koje odražavaju sastav prostirke i metaboličke aktivnosti koje provode mikroorganizmi koji čine prostirku.

Prve mikrobne prostirke vjerojatno su prikupljale energiju putem redoks reakcija (o kojima se govori na drugom mjestu) iz kemikalija pronađenih u blizini hidrotermalnih otvora. A hidrotermalni otvor je lom ili pukotina na Zemljinoj površini koja se oslobađageotermalnozagrijana voda. S evolucijom fotosinteze prije otprilike 3 milijarde godina, neki organizmi u mikrobnim prostirkama počeli su koristiti dostupniji izvor energije – sunčevu svjetlost – dok su drugi za energiju i hranu ovisili o kemikalijama iz hidrotermalnih otvora.

Slika 2. (a) Ova mikrobna prostirka, promjera oko jednog metra, raste iznad hidrotermalnog otvora u Tihom oceanu u regiji poznatoj kao “pacifički vatreni prsten”. Dimnjaci, poput onog prikazanog strelicom, omogućuju izlazak plinova. (b) Na ovoj mikrografiji, bakterije unutar prostirkevizualiziraju sepomoću fluorescentne mikroskopije. (zasluge: modifikacija rada dr. Boba Embleyja, NOAA PMEL, glavnog znanstvenika; kreditb: modifikacija djela Ricarda Murge, Rodneyja Donlana, CDC; podaci o skali od Matta Russella)

Stromatoliti

A stromatolit je sedimentna struktura nastala kada se minerali talože iz vodezbogmetabolička aktivnost organizama u mikrobnoj prostirci. Stromatoliti tvore slojevite stijene od karbonata ili silikata. Iako su većina stromatoliti artefakti iz prošlosti, postoje mjesta na Zemlji gdje se stromatoliti još uvijek stvaraju. Na primjer,rastućistromatolitipronađeno jeu državnom parku Anza-Borrego Desert u okrugu San Diego u Kaliforniji.

Slika 3. (a)Ovi živistromatolitinalaze seu Shark Bayu u Australiji. (b) Ovi fosilizirani stromatoliti, pronađeni u Nacionalnom parku Glacier, Montana, stari su gotovo 1,5 milijardi godina. (zasluge: Robert Young; zaslugeb: P. Carrara, NPS).

Bakterije i arheje su prilagodljive: život u umjerenim i ekstremnim okruženjima

Neki su organizmi razvili strategije koje im omogućuju da prežive teške uvjete. Bakterije i arheje uspijevaju u velikom broju okruženja: neke rastu u uvjetima koji bi nam se činili vrlo normalnim, dok drugiu stanju sunapredovati i rasti u uvjetima koji bi ubili biljku ili životinju. Gotovo sve bakterije i arheje imajuneki oblikstanična stijenka, zaštitna struktura koja im omogućuje preživljavanje u hiper- i hipo-osmotskim uvjetima. Neke bakterije u tluu stanju suformiraju endospore koje su otporne na toplinu i sušu,timedopuštajući organizmu da preživi dok se ne ponove povoljniji uvjeti. Ove prilagodbe, zajedno s ostalima, omogućuju bakterijama da budu najzastupljeniji oblici života u svim kopnenim i vodenim ekosustavima.

Neke bakterije i arhejesu prilagođenirasti u ekstremnim uvjetima ise zovuekstremofili, što znači "ljubitelji ekstrema".Ekstremofilipronađeno jeu svim vrstama okruženja, kao što su u dubinama oceana i zemlje; u toplim izvorima,Artic, i Antarktik; uvrlo suhomjesta; u teškim kemijskim okruženjima; iu okruženjima s visokim zračenjem, da spomenemo samo neke. Ti nam organizmi pomažu da bolje razumijemo raznolikost života i otvaraju mogućnost pronalaska mikrobnih vrsta koje mogu dovesti do otkrića novih terapijskih lijekova ili imaju industrijsku primjenu. Budući da imaju specijalizirane prilagodbe koje im omogućuju život u ekstremnim uvjetima, mnogi ekstremofili ne mogu preživjeti u umjerenim okruženjima. Tamo sumnogo različitihgrupe odekstremofili.Oni su kategoriziranina temelju uvjeta u kojima najbolje rastu, a nekoliko staništa su ekstremna na više načina. Na primjer, soda jezero je i slano i alkalno, tako da organizmi koji žive u soda jezeru moraju biti oboje alkalifilii halofili. Drugi ekstremofili, npr radiootporna organizmi, ne preferiraju ekstremno okruženje (u ovom slučaju onu s visokom razinom zračenja) već su se prilagodili preživljavanju u njemu.


Moguća NB Rasprava Poanta: Kako to rade ekstremofili?

Upravo ste pročitali da su bakterije u tlu sposobne preživjeti toplinu i sušu stvaranjem uspavanih endospora otpornih na toplinu i sušu. Međutim, ne stvaraju svi ekstremofili endospore kao sredstvo za preživljavanje u vlastitim teškim uvjetima okoliša. Možete li se sjetiti drugih strategija koje su drugi ekstremofili mogli razviti? Odaberite redak u tablici 1 (ispod) i pokušajte osmisliti neke kreativne mehanizme preživljavanja specifične za taj tip ekstremofila!


stol 1. Ova tablica navodi neke ekstremofile i njihova preferirana stanja.
Ekstremofilski tipUvjeti za optimalan rast
AcidofilipH 3 ili ispod
AlkalifilipH 9 ili više
TermofiliTemperatura od 60-80 °C (140-176 °F)
HipertermofiliTemperatura od 80-122 °C (176-250 °F)
PsihrofiliTemperatura od-15°C (5 °F) ili niže
HalofiliKoncentracija soli od najmanje 0,2 M
osmofiliVisoka koncentracija šećera

Lik4.Deinococcusradiodurans, vizualizirana na ovoj transmisijskoj elektronskoj mikrografiji lažne boje, je bakterija koja može podnijeti vrlo visoke doze ionizirajućeg zračenja. Razvio je mehanizme za popravak DNK koji mu omogućuju rekonstrukciju svog kromosoma čak i akoslomljeno jena stotine komada zračenjem ili toplinom. (zasluge: izmjena rada Michaela Dalyja; podaci o skali od Matta Russella)

Fusnote

1. Battistuzzi, FU, Feijao, A, i Hedges, SB. Genomska vremenska skala evolucije prokariota: uvid u podrijetlo metanogeneze,fototrofija, i kolonizacija zemlje. BioMed Central: Evolucijska biologija 4 (2004): 44, doi: 10.1186/1471-2148-4-44.


Jedinstvena raznolikost bakterija i arhea čini mangrove zelenim proizvodnim sustavom u usporedbi s rižom u ekologiji močvarnih staništa: metagenomski pristup

Veća raznolikost bakterija uočena je kod riže nego degradiranih mangrova u močvarama.

Proteobakterije i Chloroflexi bile su dominantna skupina u degradiranom sustavu mangrova.

Niži GWP s većim potencijalom nakupljanja labilnog C čini mangrove zelenim sustavom od riže.

Veći omjeri metanotrofa/SRB:metanogena u mangrovima od riže smanjuju emisije stakleničkih plinova.


Raznolikost bakterija, arhea i eukariota u arktičkom sedimentu otkrivena analizom biblioteka klonova gena 16S rRNA i 18S rRNA

Proučavali smo mikrobnu raznolikost u sedimentu iz Kongsfjordena, Svalbarda, Arktika, u ljeto 2005. na temelju analize biblioteka klonova gena 16S rRNA i 18S rRNA. Sekvence kloniranih umetaka gena 16S rRNA i 18S rRNA korištene su za određivanje identiteta vrste ili najbližih srodnika u usporedbi sa sekvencama poznatih vrsta. U usporedbi s drugim uzorcima dobivenim na Arktiku i Antarktiku, koji se razlikuju od naših, mikrobna raznolikost u našem sedimentu je mnogo veća. Bakterijske sekvence grupirane su u 11 glavnih linija domene Bacteria: Proteobacteria (uključujući α-, β-, γ-, δ- i ε-Proteobacteria) Bacteroidetes Fusobacteria Firmicutes Chloroflexi Chlamydiae Acidobacteria Veracteria Planctomycrobiera Crenarchaeota je bila dominantna u arhealnim klonovima koji su sadržavali umetke. Osim toga, šest skupina eukariota uključujući Cercozoa, Fungi, Telonema, Stramenopiles, Alveolata i Metazoa su identificirani. Zanimljivo je da je nova skupina Lentisphaerae prvi put zabilježena u arktičkom sedimentu. Naša studija je sugerirala da arktički sediment kao jedinstveno stanište može sadržavati znatnu mikrobnu raznolikost i da će se otkriti nove vrste.

Ovo je pregled sadržaja pretplate, pristup preko vaše institucije.


Povijest promjena

Chatton, E. Titres et travaux scientifiques (1906–1937) Edouarda Chattona. (Sète: Impr. E. Sottan, 1938).

Whittaker, R. H. Novi koncepti kraljevstava organizama. Znanost 163, 150–160 (1969).

Woese, C. R. i sur. Očuvanje primarne strukture u 16S ribosomskoj RNA. Priroda 254, 83–86 (1975).

Balch, W. E., Magrum, L. J., Fox, G. E., Wolfe, R. S. & Woese, C. R. Drevna divergencija među bakterijama. J. Mol. Evol. 9, 305–311 (1977).

Woese, C. R. & Fox, G. E. Filogenetska struktura prokariotske domene: primarna kraljevstva. Proc. Natl akad. Sci. SAD 74, 5088–5090 (1977).

Woese, C. R., Magrum, L. J. & Fox, G. E. Archaebacteria. J. Mol. Evol. 11, 245–251 (1978).

Woese, C. R., Kandler, O. & Wheelis, M. L. Prema prirodnom sustavu organizama: prijedlog za domene Archaea, Bacteria i Eucarya. Proc. Natl akad. Sci. SAD 87, 4576–4579 (1990).

Doolittle, W. F. i Logsdon, J. M. Jr. Arhejska genomika: imaju li arheje mješovito nasljeđe? Curr. Biol. 8, R209–R211 (1998).

MacGregor, B. J., Moser, D. P., Alm, E. W., Nealson, K. H. & Stahl, D. A. Crenarchaeota u sedimentu jezera Michigan. Prim. Okolina. Microbiol. 63, 1178–1181 (1997).

DeLong, E. F. Archaea u obalnim morskim sredinama. Proc. Natl akad. Sci. SAD 89, 5685–5689 (1992).

Olsen, G. Mikrobna ekologija i evolucija: pristup ribosomskoj RNA. Annu. Rev. Microbiol. 40, 337–365 (1986).

Rappé, M. S. & Giovannoni, S. J. Nekulturna mikrobna većina. Annu. Rev. Microbiol. 57, 369–394 (2003).

Reysenbach, A.L., Giver, L.J., Wickham, G.S. & Pace, N.R. Diferencijalna amplifikacija rRNA gena lančanom reakcijom polimeraze. Prim. Okolina. Microbiol. 58, 3417–3418 (1992).

Hugenholtz, P., Goebel, B. M. & amp Pace, N. R. Utjecaj studija neovisnih o kulturi na novonastali filogenetski pogled na raznolikost bakterija. J. Bacteriol. 180, 4765–4774 (1998).

Pace, N. R. Molekularni pogled na mikrobnu raznolikost i biosferu. Znanost 276, 734–740 (1997).

Baker, B. J.& Dick, G. J. Omički pristupi u mikrobnoj ekologiji: crtanje nepoznatog. Mikrob 8, 353–359 (2013).

Fuhrman, J. A., McCallum, K. & Davis, A. A. Nova glavna arhebakterijska skupina iz morskog planktona. Priroda 356, 148–149 (1992).

Barns, S. M., Fundgya, R. E., Jeffries, M. W. & Pace, N. R. Izvanredna arhealna raznolikost otkrivena u okruženju vrućeg izvora u nacionalnom parku Yellowstone. Proc. Natl Sci. SAD 91, 1609–1613 (1994).

Barns, S. M., Delwiche, C. F., Palmer, J. D. & Pace, N. R. Perspectives on archaeal diversity, thermophily and monophyly from ekološke rRNA sekvence. Proc. Natl akad. Sci. SAD 93, 9188–9193 (1996).

Adam, P. S., Borrel, G., Brochier-Armanet, C. & Gribaldo, S. Rastuće stablo Archaea: nove perspektive na njihovu raznolikost, evoluciju i ekologiju. ISME J. 11, 2407–2425 (2017).

Peng, Y., Leung, H.C.M., Yiu, S.M. & Chin, F.Y.L. IDBA-UD: de novo asembler za podatke o jednoćelijskom i metagenomskom sekvenciranju s vrlo neujednačenom dubinom. Bioinformatika 28, 1420–1428 (2012).

Tyson, G. W. i sur. Struktura zajednice i metabolizam kroz rekonstrukciju mikrobnih genoma iz okoliša. Priroda 428, 37–43 (2004).

Venter, J.C. i sur. Sekvenciranje genoma okoliša Sargaškog mora. Znanost 304, 66–74 (2004).

Dick, G. J. i sur. Analiza sekvenci mikrobnog genoma u cijeloj zajednici. Genom Biol. 10, R85 (2009).

Stepanauskas, R. & Sieracki, M. E. Usklađivanje filogenije i metabolizma u nekulturnim morskim bakterijama, jedna po jedna stanica. Proc. Natl akad. Sci. SAD 104, 9052–9057 (2007).

Dombrowski, N., Teske, A. P. & Baker, B. J. Ekspanzivna mikrobna metabolička svestranost i bioraznolikost u dinamičkim hidrotermalnim sedimentima bazena Guaymas. Nat. komun. 9, 4999 (2018).

Hug, L. A. i sur. Novi pogled na drvo života. Nat. Microbiol. 1, 16048 (2016).

Guy, L. & Ettema, T. J. G. Arhealni 'TACK' superfilum i podrijetlo eukariota. Trendovi Microbiol. 19, 580–587 (2011).

Rinke, C. i sur. Uvid u filogenezu i potencijal kodiranja mikrobne tamne tvari. Priroda 499, 431–437 (2013).

Smith, P.H. & Hungate, R.E. Izolacija i karakterizacija Methanobacterium ruminantium n. sp. J. Bacteriol. 75, 713–718 (1958).

Brock, T. D. i Darland, G. K. Granice postojanja mikroba: temperatura i pH. Znanost 169, 1316–1318 (1970).

Fox, G. E., Magrum, L. J., Balch, W. E., Wolfe, R. S. & Woese, C. R. Klasifikacija metanogenih bakterija prema karakterizaciji 16S ribosomske RNA. Proc. Natl akad. Sci. SAD 74, 4537–4541 (1977).

Wolfe, R. S. Mikrobna tvorba metana. Adv. Microb. Physiol. 6, 107–146 (1971).

Larsen, H. Halofilni i halotolerantni mikroorganizmi - pregled i povijesna perspektiva. FEMS Microbiol. Lett. 2, 3–7 (1986).

Andrei, A.-Ş., Banciu, H. L. & Oren, A. Živjeti sa solju: metabolička i filogenetska raznolikost arheja koje nastanjuju slane ekosustave. FEMS Microbiol. Lett. 330, 1–9 (2012).

Klenk, H.P. i sur. Kompletan slijed genoma hipertermofilnog arheona koji reducira sulfat Archaeoglobus fulgidus. Priroda 390, 364–370 (1997).

Takai, K. i sur. Proliferacija stanica na 122 °C i izotopski teški CH4 proizvodnju hipertermofilnog metanogena pod visokim tlakom. Proc. Natl akad. Sci. SAD 105, 10949–10954 (2008).

Orphan, V. J., House, C. H., Hinrichs, K.-U., McKeegan, K. D. & DeLong, E. F. Više arhealnih skupina posreduje u oksidaciji metana u anoksičnim hladnim sedimentima. Proc. Natl akad. Sci. SAD 99, 7663–7668 (2002).

Wang, Y., Wegener, G., Hou, J., Wang, F. & Xiao, X. Proširivanje anaerobnog metabolizma alkana u domeni Archaea. Nat. Microbiol. 4, 595–602 (2019).

Vetriani, C., Reysenbach, A. L. & Doré, J. Recovery and phylogenetic analysis of archaeal rRNA sekvence iz sedimenata kontinentalnog pojasa. FEMS Microbiol. Lett. 161, 83–88 (1998).

Iverson, V. i sur. Rapletanje genoma od metagenoma: otkrivanje nekulturne klase morskih Euryarchaeota. Znanost 335, 587–590 (2012).

Needham, D. M. & amp Fuhrman, J. A. Izražena dnevna sukcesija fitoplanktona, arheja i bakterija nakon proljetnog cvjetanja. Nat. Microbiol. 1, 16005 (2016).

Baker, B.J. i sur. Genomski zaključak o metabolizmu kozmopolitskih podzemnih Archaea, Hadesarchaea. Nat. Microbiol. 1, 16002 (2016).

Vetriani, C., Jannasch, H. W., MacGregor, B. J., Stahl, D. A. & Reysenbach, A. L. Populacijska struktura i filogenetska karakterizacija morskih bentoskih arheja u dubokomorskim sedimentima. Prim. Okolina. Microbiol. 65, 4375–4384 (1999).

Jungbluth, S. P., Amend, J. P. & Rappé, M. S. Sekvenciranje metagenoma i 98 mikrobnih genoma iz podzemnih tekućina s boka Juan de Fuca Ridgea. Sci. Podaci 4, 170037 (2017).

Carr, S.A. i sur. Potencijal karboksidotrofije nekultiviranih Hydrothermarchaeota iz biosfere kore podmorja. ISME J. 13, 1457–1468 (2019).

Chuvochina, M. i sur. Važnost označavanja tipskog materijala za nekulturne svojte. Syst. Prim. Microbiol. 42, 15–21 (2019).

Lazar, C. S., Baker, B. J., Seitz, K. W. & Teske, A. P. Genomska rekonstrukcija više linija nekulturnih bentoskih arheja sugerira različite biogeokemijske uloge i ekološke niše. ISME J. 11, 1058 (2017).

Probst, A.J. i sur. Diferencijalna dubinska raspodjela mikrobne funkcije i navodnih simbionta kroz vodonosnike u sedimentima u dubokoj podzemnoj površini zemlje. Nat. Microbiol. 3, 328–336 (2018).

Probst, A.J. i sur. Biologija široko rasprostranjenog nekultiviranog arheona koji doprinosi fiksaciji ugljika u podzemnoj površini. Nat. komun. 5, 5497 (2014).

Teske, A. & Sørensen, K. B. Nekulturne arheje u dubokim morskim podzemnim sedimentima: jesmo li ih sve uhvatili? ISME J. 2, 3–18 (2008).

Orphan, V. J., House, C. H., Hinrichs, K. U., McKeegan, K. D. & DeLong, E. F. Arheje koje troše metan otkrivene izravno spojenom izotopskom i filogenetskom analizom. Znanost 293, 484–487 (2001).

Hallam, S. J. i sur. Reverzna metanogeneza: testiranje hipoteze genomikom okoliša. Znanost 305, 1457–1462 (2004).

Raghoebarsing, A.A. i sur. Mikrobni konzorcij povezuje anaerobnu oksidaciju metana s denitrifikacijom. Priroda 440, 918–921 (2006).

Haroon, M.F. i sur. Anaerobna oksidacija metana povezana s redukcijom nitrata u novoj liniji arhea. Priroda 500, 567–570 (2013).

McGlynn, S. E., Chadwick, G. L., Kempes, C. P. & Orphan, V. J. Aktivnost jedne stanice otkriva izravan prijenos elektrona u metanotrofnim konzorcijima. Priroda 526, 531–535 (2015).

Scheller, S., Yu, H., Chadwick, G.L., McGlynn, S.E. & Orphan, V.J. Umjetni akceptori elektrona razdvajaju arhealnu oksidaciju metana od redukcije sulfata. Znanost 351, 703–707 (2016).

Laso-Pérez, R. i sur. Termofilne arheje aktiviraju butan putem stvaranja alkil-koenzima M. Priroda 539, 396–401 (2016).

Lloyd, K. G., Lapham, L. & Teske, A. Anaerobna zajednica koja oksidira metan ANME-1b arhea u hiperslanim sedimentima Meksičkog zaljeva. Prim. Okolina. Microbiol. 72, 7218–7230 (2006).

Maignien, L. i sur. Anaerobna oksidacija metana u hiperslanim hladnim sedimentima. FEMS Microbiol. Ecol. 83, 214–231 (2013).

Dombrowski, N., Seitz, K.W., Teske, A.P. & Baker, B.J. Genomski uvid u potencijalne međuovisnosti u kruženju mikrobnih ugljikovodika i hranjivih tvari u hidrotermalnim sedimentima. Mikrobiom 5, 106 (2017).

Borrel, G. i sur. Široka raznolikost metabolizma metana i kratkolančanih alkana u nekulturnim arhejama. Nat. Microbiol. 4, 603–613 (2019).

Chen, S.-C. et al. Anaerobna oksidacija etana arhejama iz morskog curenja ugljikovodika. Priroda 568, 108–111 (2019).

Offre, P., Spang, A. & Schleper, C. Archaea u biogeokemijskim ciklusima. Annu. Rev. Microbiol. 67, 437–457 (2013).

Mwirichia, R. i sur. Metaboličke osobine nekulturne arhealne loze -MSBL1- iz slanih bazena Crvenog mora. Sci. Rep. 6, 19181 (2016).

Takai, K., Moser, D. P., DeFlaun, M., Onstott, T. C. & Fredrickson, J. K. Arhejska raznolikost u vodama iz dubokih južnoafričkih rudnika zlata. Prim. Okolina. Microbiol. 67, 5750–5760 (2001).

Inagaki, F. i sur. Mikrobne zajednice povezane s geološkim horizontima u obalnim podmorskim sedimentima iz Ohotskog mora. Prim. Okolina. Microbiol. 69, 7224–7235 (2003).

Parkes, R. J. i sur. Prokarioti dubokog podmorja stimulirani na sučeljima tijekom geološkog vremena. Priroda 436, 390–394 (2005).

Biddle, J. F. i sur. Heterotrofne arheje dominiraju sedimentnim podzemnim ekosustavima kod Perua. Proc. Natl akad. Sci. SAD 103, 3846–3851 (2006).

Takai, K. & Horikoshi, K. Genetička raznolikost arheja u dubokomorskim hidrotermalnim izvorima. Genetika 152, 1285–1297 (1999).

Reysenbach, A.-L. et al. Sveprisutni termoacidofilni arheon iz dubokomorskih hidrotermalnih izvora. Priroda 442, 444–447 (2006).

Knittel, K., Lösekann, T., Boetius, A., Kort, R. & Amann, R. Raznolikost i distribucija metanotrofnih arheja na hladnim procjepima. Prim. Okolina. Microbiol. 71, 467–479 (2005).

Lloyd, K.G. i sur. Prevladavajuće arheje u morskim sedimentima razgrađuju detritne proteine. Priroda 496, 215–218 (2013).

Dettling, M. D., Yavitt, J. B., Cadillo-Quiroz, H., Sun, C. & Zinder, S. H. Interakcije tlo-metanogen u dva tresetišta (Bog, Fen) u središnjoj državi New York. Geomicrobiol. J. 24, 247–259 (2007).

Zhou, Z. i sur. Genomski i transkriptomski uvidi u ekologiju i metabolizam bentoskog arhealnog kozmopolita, Thermoprofundales (MBG-D archaea). ISME J. 13, 885–901 (2019).

Massana, R., DeLong, E. F. & Pedrós-Alió, C. Nekoliko kozmopolitskih filotipova dominira planktonskim arhealnim skupovima u vrlo različitim oceanskim provincijama. Prim. Okolina. Microbiol. 66, 1777–1787 (2000).

Fuhrman, J. A. & Davis, A. A. Široko rasprostranjene arheje i nove bakterije iz dubokog mora kako pokazuju sekvence gena 16S rRNA. ožujak ekol. Prog. Ser. 150, 275–285 (1997).

Martin-Cuadrado, A.-B. et al. Nova klasa morskih Euryarchaeota grupe II iz mediteranskog dubokog klorofilnog maksimuma. ISME J. 9, 1619–1634 (2015).

Li, M. i sur. Genomski i transkriptomski dokazi za uklanjanje različitih organskih spojeva od strane široko rasprostranjenih dubokomorskih arhea. Nat. komun. 6, 8933 (2015).

Tully, B. J. Metabolička raznolikost unutar globalno bogate morske skupine II Euryarchaea nudi uvid u ekološke obrasce. Nat. komun. 10, 271 (2019).

Rinke, C. i sur. Filogenomska i ekološka analiza globalno rasprostranjenih arhea grupe II (ca. Poseidoniales ord. studeni). ISME J. 13, 663–675 (2019).

Orsi, W. D. i sur. Raznolike, nekultivirane bakterije i arheje u osnovi su kruženja otopljenih proteina u oceanu. ISME J. 10, 2158–2173 (2016).

Huber, H. i sur. Novi tip Archaea predstavljen nanodimenzioniranim hipertermofilnim simbiontom. Priroda 417, 63–67 (2002).

Waters, E. i sur. Genom od Nanoarchaeum equitans: uvidi u ranu arhealnu evoluciju i izvedeni parazitizam. Proc. Natl akad. Sci. SAD 100, 12984–12988 (2003).

Baker, B.J. i sur. Linije acidofilnih arheja otkrivene genomskom analizom zajednice. Znanost 314, 1933–1935 (2006).

Baker, B.J. i sur. Zagonetna, ultramala, neobrađena arheja. Proc. Natl akad. Sci. SAD 107, 8806–8811 (2010).

Narasingarao, P. i sur. De novo metagenomski sklop otkriva obilje novih glavnih linija Archaea u hiperslanim mikrobnim zajednicama. ISME J. 6, 81–93 (2012).

Castelle, C. J. i sur. Genomska ekspanzija domenskih arheja naglašava ulogu organizama iz nove vrste u anaerobnom kruženju ugljika. Curr. Biol. 25, 690–701 (2015).

Schwank, K. i sur. Arhealni simbiont-domaćin asocijacija iz dubokog zemaljskog podzemlja. ISME J. 13, 2135–2139 (2019).

Parks, D.H. i sur. Oporavak gotovo 8.000 genoma sastavljenih od metagenoma značajno proširuje stablo života. Nat. Microbiol. 2, 1533–1542 (2017).

Bird, J. T., Baker, B. J., Probst, A. J., Podar, M. & Lloyd, K. G. Usporedbe genoma neovisne o kulturi otkrivaju prilagodbe okoliša za Altiarchaeales. Ispred. Microbiol. 7, 1221 (2016).

Krause, S., Bremges, A., Münch, P. C., McHardy, A. C. & Gescher, J. Karakterizacija stabilne laboratorijske kokulture acidofilnih nanoorganizama. Sci. Rep. 7, 3289 (2017).

Hamm, J. N. i sur. Neočekivana ovisnost o domaćinu antarktičke nanohaloarchaeote. Proc. Natl akad. Sci. SAD 116, 14661–14670 (2019).

Comolli, L. R., Baker, B. J., Downing, K. H., Siegerist, C. E. & amp Banfield, J. F. Trodimenzionalna analiza strukture i ekologije romana, ultra-malog arheona. ISME J. 3, 159–167 (2009).

Heimerl, T. i sur. Složeni endomembranski sustav u Arheonu Ignicoccus hospitalis prisluškivan Nanoarchaeum equitans. Ispred. Microbiol. 8, 1072 (2017).

Burstein, D. i sur. Novi CRISPR-Cas sustavi od nekultiviranih mikroba. Priroda 542, 237–241 (2017).

Brochier-Armanet, C., Boussau, B., Gribaldo, S. & Forterre, P. Mesophilic crenarchaeota: prijedlog za treći arhealni tip, Thaumarchaeota. Nat. Rev. Microbiol. 6, 245–252 (2008).

Spang, A. i sur. Različiti genski skup u dvije različite loze arhea koje oksidiraju amonijak podržava tip Thaumarchaeota. Trendovi Microbiol. 18, 331–340 (2010).

Elkins, J. G. i sur. Korarhejski genom otkriva uvid u evoluciju arheja. Proc. Natl akad. Sci. SAD 105, 8102–8107 (2008).

Vanwonterghem, I. i sur. Metilotrofna metanogeneza otkrivena u arhealnom tipu Verstraetearchaeota. Nat. Microbiol. 1, 16170 (2016).

Blöchl, E. i sur. Pyrolobus fumarii, gen. i sp. nov., predstavlja novu skupinu arheja, proširujući gornju temperaturnu granicu života na 113 °C. Ekstremofili 1, 14–21 (1997).

Cubonová, L., Sandman, K., Hallam, S.J., Delong, E.F. & Reeve, J.N. Hisstones in crenarchaea. J. Bacteriol. 187, 5482–5485 (2005).

Brock, T. D., Brock, K. M., Belly, R. T. & Weiss, R. L. Sulfolobus: Novi rod bakterija koje oksidiraju sumpor koje žive pri niskom pH i visokoj temperaturi. Arhiv. Mikrobiol. 84, 54–68 (1972).

Zhang, C., Phillips, A. P. R., Wipfler, R. L., Olsen, G. J. & Whitaker, R. J. Osnovni genom krenarhealnog modela Sulfolobus islandicus. Nat. komun. 9, 4908 (2018).

Zillig, W. i sur. The Archaebacterium Thermofilum pendens predstavlja, novi rod termofilnih, anaerobnih Thermoproteales koji dišu sumpor. Syst. Prim. Microbiol. 4, 79–87 (1983).

Nakagawa, S. Aeropyrum camini sp. nov., strogo aerobni, hipertermofilni arheon iz dubokomorskog hidrotermalnog otvora dimnjaka. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 54, 329–335 (2004).

Kozubal, M. A. i sur. Geoarchaeota: novi kandidatski tip u Archaea od visokotemperaturnih kiselih željeznih prostirki u Nacionalnom parku Yellowstone. ISME J. 7, 622–634 (2013).

Guy, L., Spang, A., Saw, J. H. & Ettema, T. J. G. 'Geoarchaeote NAG1' je duboko ukorijenjena loza arhealnog reda Thermoproteales, a ne novi tip. ISME J. 8, 1353–1357 (2014).

Schleper, C., Jurgens, G. & amp Jonuscheit, M. Genomske studije nekultiviranih arheja. Nat. Rev. Microbiol. 3, 479–488 (2005).

Hallam, S. J. i sur. Genomska analiza nekultiviranih morskih krenarheota Cenarchaeum symbiosum. Proc. Natl akad. Sci. SAD 103, 18296–18301 (2006).

Konneke, M. i sur. Arhee koje oksidiraju amonijak koriste energetski najučinkovitiji aerobni put za CO2 fiksacija. Proc. Natl akad. Sci. SAD 111, 8239–8244 (2014).

Könneke, M. i sur. Izolacija autotrofnog morskog arheona koji oksidira amonijak. Priroda 437, 543–546 (2005).

Walker, C. B. i sur. Nitrosopumilus maritimus genom otkriva jedinstvene mehanizme za nitrifikaciju i autotrofiju u globalno rasprostranjenim morskim krenarhejama. Proc. Natl akad. Sci. SAD 107, 8818–8823 (2010).

Martens-Habbena, W., Berube, P. M., Urakawa, H., de la Torre, J. R. & Stahl, D. A. Kinetika oksidacije amonijaka određuje odvajanje niša nitrificirajućih arheja i bakterija. Priroda 461, 976–979 (2009).

Baker, B. J., Lesniewski, R. A. & amp Dick, G. J. Transkriptomika uz pomoć genoma otkriva arhealne populacije koje pokreću nitrifikaciju u hidrotermalnom oblaku dubokog mora. ISME J. 6, 2269–2279 (2012).

Palatinszky, M. i sur. Cijanat kao izvor energije za nitrifikatore. Priroda 524, 105–108 (2015).

Santoro, A. E., Buchwald, C., McIlvin, M. R. & Casciotti, K. L. Izotopski potpis N2O proizveden od Archaea koji oksidira morski amonijak. Znanost 333, 1282–1285 (2011).

Metcalf, W. W. i sur. Sinteza metilfosfonske kiseline od strane morskih mikroba: izvor metana u aerobnom oceanu. Znanost 337, 1104–1107 (2012).

Hua, Z.-S. et al. Uvid u ekološku ulogu i evoluciju termalnog izvora Archaea koji sadrži metil-koenzim M reduktazu. Nat. komun. 10, 4574 (2019).

Karner, M. B., DeLong, E. F. & amp Karl, D. M. Arhealna dominacija u mezopelagičkoj zoni Tihog oceana. Priroda 409, 507–510 (2001).

Leininger, S. i sur. Arheje prevladavaju među prokariotima koji oksidiraju amonijak u tlima. Priroda 442, 806–809 (2006).

Pachiadaki, M. G., Yakimov, M. M., LaCono, V., Leadbetter, E. & amp Edgcomb, V. Otkrivanje mikrobnih aktivnosti duž halokline Thetis, dubokomorskog hiperslanog anoksičnog bazena. ISME J. 8, 2478–2489 (2014).

Gubry-Rangin, C. i sur. Spajanje diversifikacije i pH prilagodbe tijekom evolucije kopnenih Thaumarchaeota. Proc. Natl akad. Sci. SAD 112, 9370–9375 (2015).

de la Torre, J. R., Walker, C. B., Ingalls, A. E., Könneke, M. & Stahl, D. A. Uzgoj termofilnog amonijaka koji oksidira arheon koji sintetizira krenarheol. Okolina. Microbiol. 10, 810–818 (2008).

Durbin, A. M. & Teske, A. Microbial diversity and stratification of South Pacific abyssal marine sediments. Okolina. Microbiol. 13, 3219–3234 (2011).

Qin, W., Martens-Habbena, W., Kobelt, J. N. i Stahl, D. A. in Bergeyjev priručnik za sistematiku arheja i bakterija (ur. Whitman, W. B. i sur.) 1–2 (Wiley, 2016.).

Stahl, D.A. & de la Torre, J.R. Physiology and diversity of amonia-oxidizing Archaea. Annu. Rev. Microbiol. 66, 83–101 (2012).

Vajrala, N. i sur. Hidroksilamin kao međuprodukt u oksidaciji amonijaka od strane globalno rasprostranjenih morskih arheja. Proc. Natl akad. Sci. SAD 110, 1006–1011 (2013).

Stieglmeier, M. i sur. Aerobna proizvodnja dušikovog oksida kroz stvaranje hibrida N-nitroza u arhejama koje oksidiraju amonijak. ISME J. 8, 1135–1146 (2014).

Kozlowski, J. A., Stieglmeier, M., Schleper, C., Klotz, M. G. & Stein, L. Y. Putevi i ključni intermedijari potrebni za obaveznu aerobnu kemolitotrofiju ovisnu o amonijaku u bakterijama i Thaumarchaeota. ISME J. 10, 1836–1845 (2016).

Liu, S. i sur. Abiotička konverzija izvanstaničnog NH2OH doprinosi N2O emisija tijekom oksidacije amonijaka. Okolina. Sci. Tehnologija. 51, 13122–13132 (2017).

Kallmeyer, J., Pockalny, R., Adhikari, R. R., Smith, D. C. & D’Hondt, S. Globalna distribucija obilja mikroba i biomase u sedimentu podmorskog dna. Proc. Natl akad. Sci. SAD 109, 16213–16216 (2012).

Kubo, K. i sur. Arheje grupe Miscellaneous Crenarchaeotal su obilne, raznolike i rasprostranjene u morskim sedimentima. ISME J. 6, 1949–1965 (2012).

Meng, J. i sur. Nekultivirana crenarchaeota sadrži funkcionalnu bakterioklorofil a sintazu. ISME J. 3, 106–116 (2009).

Meng, J. i sur. Genetska i funkcionalna svojstva nekultiviranih MCG arhea procijenjena analizama metagenoma i ekspresije gena. ISME J. 8, 650–659 (2014).

Ochsenreiter, T., Selezi, D., Quaiser, A., Bonch-Osmolovskaya, L. & Schleper, C. Raznolikost i brojnost Crenarchaeota u kopnenim staništima proučavana 16S RNA istraživanja i PCR u stvarnom vremenu. Okolina. Microbiol. 5, 787–797 (2003).

Jurgens, G. Identifikacija nove Archaea u bakterioplanktonu borealnog šumskog jezera filogenetskom analizom i fluorescentnom in situ hibridizacijom. FEMS Microbiol. Ecol. 34, 45–56 (2000).

McKay, L. J., Hatzenpichler, R., Inskeep, W. P. & amp Fields, M. W. Pojava i ekspresija novog gena metil-koenzima M reduktaze (mcrA) varijante u toplim izvorskim sedimentima. Sci. Rep. 7, 7252 (2017).

Lazar, C. S. i sur. Genomski dokazi za različite preferencije ugljičnog supstrata i ekološke niše Bathyarchaeota u sedimentima estuara. Okolina. Microbiol. 18, 1200–1211 (2016).

On, Y. i sur. Genomski i enzimski dokazi za acetogenezu među više linija arhealnog tipa Bathyarchaeota široko rasprostranjene u morskim sedimentima. Nat. Microbiol. 1, 16035 (2016).

Meador, T. B. i sur. Arhealni lipidom u estuarijskom sedimentu kojim dominiraju članovi Miscellaneous Crenarchaeotal Group. Okolina. Microbiol. 17, 2441–2458 (2015).

Evans, P.N. i sur. Metabolizam metana u arhealnom tipu Bathyarchaeota otkriven metagenomikom usmjerenom na genom. Znanost 350, 434–438 (2015).

Yu, T. i sur. Rast sedimentnih Bathyarchaeota na ligninu kao izvoru energije. Proc. Natl akad. Sci. SAD 115, 6022–6027 (2018).

McKay, L. J. i sur.Istodobni genomski kapacitet za metabolizam anaerobnog metana i disimilatornog sumpora otkriven u Korarchaeoti. Nat. Microbiol. 4, 614–622 (2019).

Nunoura, T. i sur. Uvid u evoluciju Archaea i sustava modifikatora eukariotskih proteina otkriven genomom nove skupine arhea. Nukleinske kiseline Res. 39, 3204–3223 (2011).

Beam, J. P. i sur. Ekofiziologija nekultivirane loze Aigarchaeota iz zajednice nitastih 'strumera' s oksičkim izvorom. ISME J. 10, 210–224 (2016).

Gaiman, N. nordijska mitologija (Bloomsbury Publishing, 2017.).

Spang, A. i sur. Složene arheje koje premošćuju jaz između prokariota i eukariota. Priroda 521, 173–179 (2015).

Akıl, C. & Robinson, R.C. Genomi Asgardske arheje kodiraju profiline koji reguliraju aktin. Priroda 562, 439–443 (2018).

Seitz, K. W., Lazar, C. S., Hinrichs, K.-U., Teske, A. P. & Baker, B. J. Genomska rekonstrukcija nove, duboko razgranate sedimentne arhealne vrste s putovima za acetogenezu i redukciju sumpora. ISME J. 10, 1696–1705 (2016).

Zaremba-Niedzwiedzka, K. i sur. Asgardske arheje osvjetljavaju podrijetlo eukariotske stanične složenosti. Priroda 541, 353–358 (2017).

Seitz, K.W. i sur. Asgardske arheje sposobne za anaerobno kruženje ugljikovodika. Nat. komun. 10, 1822 (2019).

Hochstrasser, M. Podrijetlo i funkcija proteina sličnih ubikvitinu. Priroda 458, 422–429 (2009).

Hurley, J. H. ESCRT su posvuda. EMBO J. 34, 2398–2407 (2015).

Ettema, T. J. G., Lindås, A.-C. & Bernander, R. Citoskelet baziran na aktinu u archaea. Mol. Microbiol. 80, 1052–1061 (2011).

Koonin, E. V. & amp Yutin, N. Raspršeni arhealni eukariomi i složeni arhealni predak eukariota. Cold Spring Harb. Persp. Biol. 6, a016188 (2014).

Dalziel, M., Crispin, M., Scanlan, C.N., Zitzmann, N. & Dwek, R.A. Nova načela za terapeutsko korištenje glikozilacije. Znanost 343, 1235681 (2014).

Koga, Y., Kyuragi, T., Nishihara, M. & Sone, N. Jesu li arhealne i bakterijske stanice nastale neovisno od nestaničnih prekursora? Hipoteza koja kaže da je pojavljivanje membranskog fosfolipida s enantiomernim glicerofosfatnim okosnicama uzrokovalo razdvajanje dviju linija porijekla. J. Mol. Evol. 47, 631–631 (1998).

Sojo, V., Pomiankowski, A. & Lane, N. Bioenergetska osnova za divergenciju membrane u arhejama i bakterijama. PLoS Biol. 12, e1001926 (2014).

Gray, M. W. & Doolittle, W. F. Je li hipoteza endosimbionta dokazana? Microbiol. vlč. 46, 1–42 (1982).

Villanueva, L., Schouten, S. & Sinninghe Damsté, J. S. Filogenomska analiza lipidnih biosintetskih gena Archaea bacila je svjetlo na 'lipidnu podjelu'. Okolina. Microbiol. 19, 54–69 (2017).

Spang, A. i sur. Prijedlog modela obrnutog toka za podrijetlo eukariotske stanice na temelju usporednih analiza metabolizma asgardskih arhea. Nat. Microbiol. 4, 1138–1148 (2019).

Imachi, H. i sur. Izolacija arheona na sučelju prokariot-eukariot. Priroda 577, 519–525 (2020).

Parks, D.H. i sur. Standardizirana bakterijska taksonomija temeljena na filogeniji genoma bitno revidira stablo života. Nat. Biotechnol. 36, 996–1004 (2018).

Bird, J. T. i sur. Nekultivirani mikrobiološki tipovi sugeriraju mehanizme za višetisućljetnu egzistenciju u sedimentima Baltičkog mora. mBio 10, e02376–18 (2019).

Nielsen, J. L. i Nielsen, P. H. in Priručnik za mikrobiologiju ugljikovodika i lipida (ur. Timmis, K. N.) 4093–4102 (2010).

Hatzenpichler, R. i sur. Vizualizacija in situ translacijske aktivnosti za identifikaciju i sortiranje spororastućih arhealno-bakterijskih konzorcija. Proc. Natl akad. Sci. SAD 113, E4069–E4078 (2016).

Michalska, K. i sur. Nova aminopeptidaza iz arheona 'mikrobne tamne tvari'. FASEB J. 29, 4071–4079 (2015).

Martijn, J. & Ettema, T.J.G. Od arheona do eukariota: evolucijska mračna doba eukariotske stanice. Biochem. Soc. Trans. 41, 451–457 (2013).

Jay, Z. J. i sur. Marsarchaeota su aerobna arhealna loza obiluje geotermalnim mikrobnim prostirkama od željeznog oksida. Nat. Microbiol. 3, 732–740 (2018).

Nurk, S., Meleshko, D., Korobeynikov, A. & Pevzner, P.A. metaSPAdes: novi svestrani metagenomski asembler. Genom Res. 27, 824–834 (2017).

Alneberg, J. i sur. Binning metagenomske kontige prema pokrivenosti i sastavu. Nat. Metode 11, 1144–1146 (2014).

Eren, A.M. i sur. Anvi'o: napredna platforma za analizu i vizualizaciju za 'omics podatke. PeerJ 3, e1319 (2015).

Kang, D. D., Froula, J., Egan, R. & Wang, Z. MetaBAT, učinkovit alat za točnu rekonstrukciju pojedinačnih genoma iz složenih mikrobnih zajednica. PeerJ 3, e1165 (2015).

Parks, D. H., Imelfort, M., Skennerton, C. T., Hugenholtz, P. & amp Tyson, G. W. CheckM: procjena kvalitete mikrobnih genoma dobivenih iz izolata, pojedinačnih stanica i metagenoma. Genom Res. 25, 1043–1055 (2015).

Pace, N. R. Mapiranje stabla života: napredak i izgledi. Microbiol. Mol. Biol. vlč. 73, 565–576 (2009).

Baker, B. J., Lazar, C. S., Teske, A. P. & Dick, G. J. Genomska rezolucija veza u kruženju ugljika, dušika i sumpora među široko rasprostranjenim bakterijama sedimenta estuarija. Mikrobiom 3, 14 (2015).

Brown, C.T. i sur. Neobična biologija u skupini koja se sastoji od više od 15% domenskih bakterija. Priroda 523, 208–211 (2015).

Sorek, R. i sur. Eksperimentalno određivanje barijera horizontalnom prijenosu gena u cijelom genomu. Znanost 318, 1449–1452 (2007).

Petitjean, C., Deschamps, P., López-García, P. & Moreira, D. Ukorjenjivanje domene archaea filogenomskom analizom podržava utemeljenje novog kraljevstva Proteoarchaeota. Genom Biol. Evol. 7, 191–204 (2014).

Williams, T. A. i sur. Integrativno modeliranje evolucije gena i genoma ukorijenjuje arhealno stablo života. Proc. Natl akad. Sci. SAD 114, E4602–E4611 (2017).

Toft, C. & Andersson, S. G. E. Evolucijska mikrobna genomika: uvid u prilagodbu bakterijskog domaćina. Nat. velečasni Genet. 11, 465–475 (2010).

Das, S., Paul, S., Bag, S.K. & Dutta, C. Analiza Nanoarchaeum equitans sastav genoma i proteoma: indikacije za hipertermofilnu i parazitsku adaptaciju. BMC Genomika 7, 186 (2006).

Podar, M. i sur. Genomska analiza arhealnog sustava Ignicoccus hospitalisNanoarchaeum equitans. Genom Biol. 9, R158 (2008).

Hua, Z.-S. et al. Genomski zaključak o metabolizmu i evoluciji arhealnog tipa Aigarchaeota. Nat. komun. 9, 2832 (2018).

Adam, P. S., Borrel, G. & Gribaldo, S. Arhealno podrijetlo Wood-Ljungdahl HMPT grane i pojava bakterijske metilotrofije. Nat. Microbiol. 4, 2155–2163 (2019).

Borrel, G., Adam, P. S. & Gribaldo, S. Methanogenesis and the Wood-Ljungdahl pathway: an old, versatile, and fragile Association. Genom Biol. Evol. 8, 1706–1711 (2016).

Chistoserdova, L. Zagonetni planktomiceti mogu imati ključ za podrijetlo metanogeneze i metilotrofije. Mol. Biol. Evol. 21, 1234–1241 (2004).

Chistoserdova, L. Široka distribucija gena za tetrahidrometanopterin/metanofuran-vezane C1 reakcije prijenosa argumentira njihovu prisutnost u zajedničkom pretku bakterija i arheja. Ispred. Microbiol. 7, 1425 (2016).

Ueno, Y., Yamada, K., Yoshida, N., Maruyama, S. & amp Isozaki, Y. Dokazi iz tekućih inkluzija za mikrobnu metanogenezu u ranoj arhejskoj eri. Priroda 440, 516–519 (2006).


Bakterijska, arhealna i eukariotska raznolikost u različitim mikrostaništima u kiseloj drenaži rudnika

Odvodnje kiselih rudnika karakterizira nizak pH i prisutnost otopljenih otrovnih metalnih vrsta. Mikroorganizmi preživljavaju u različitim mikrostaništima unutar ekosustava, odnosno u vodi, sedimentima i biofilmovima. U ovom smo izvješću ispitali mikrobnu raznolikost unutar svih domena života u različitim mikrostaništima u napuštenom podzemnom rudniku žive u Los Rueldosu (NW Španjolska) i predvidjeli funkciju bakterija na temelju sastava zajednice. Uzorci sedimenta sadržavali su veći udio bakterija u tlu (AD3, Acidobacteria), kao i Crenarchaeota i Methanomassiliicoccaceae archaea. Oksički i hipoksični uzorci biofilma obogaćeni su bakterijskim oksidantima željeza iz roda Leptospirillum, red Acidithiobacillales, razred Betaproteobacteria, i archaea iz razreda Thermoplasmata. Uzorci vode obogaćeni su cijanobakterijama i Thermoplasmata archaea uz 3-98% utjecaja sunčeve svjetlosti, dok su Betaproteobacteria, Thermoplasmata archaea i Micrarchaea dominirale u kiseloj vodi prikupljenoj u potpunom mraku. Stalaktitima koji su visili sa stropa rudnika bogatog Fe dominirao je neutrofilni oksidator željeza Gallionella i druge loze koje su bile odsutne u ostalim mikrostaništima (npr. Chlorobi, Chloroflexi). Eukarioti su otkriveni u biofilmovima i uzorcima vode na otvorenom, a pripadali su uglavnom kladama SAR (Alveolata i Stramenopiles) i Opisthokonta (Fungi). Oksični i hipoksični biofilmovi pokazali su veći udio cilijata (Gonostomum, Oxytricha), dok su uzorci vode obogaćeni gljivama (Paramikrosporidija i nepoznati mikrobi Helotiales). Predviđena funkcija kroz sastav bakterijske zajednice sugerirala je adaptivnu evolutivnu konvergenciju funkcija u heterogenim zajednicama. Naša studija prikazuje širok opis mikrobne raznolikosti u različitim mikrostaništima u istom okolišu i proširuje znanje o raznolikosti mikrobnih eukariota u staništima AMD-a.

Ključne riječi: Archaea Bacteria Eukarya acid mine drenaža biofilm rude sediment stalaktit.

Figure

Karte položaja Los Rueldos u Asturiji (SZ Španjolska) (A) . Prikaz…

Prostorna varijacija geokemijskih varijabli…

Prostorna varijacija geokemijskih varijabli [vodljivost, Kond. redoks potencijal, Eh pH T, °C…

Profili taksonomije koji prikazuju mikrobiološke…

Profili taksonomije koji prikazuju raznolikost mikroba u uzorcima AMD-a, otkrivenu visokim…

Analiza glavnih koordinata (PCoA) na temelju…

Analiza glavnih koordinata (PCoA) na temelju ponderirane UniFrac metrike udaljenosti za bakterije,…

Filogenija 18S rRNA pune dužine…

Filogenija 18S rRNA gena pune duljine oporavljenih iz biofilma (B1A i B2) i…

Sažeti model koji integrira raznolikost i…

Sažeti model koji integrira raznolikost i predviđenu funkciju u mikrostaništima Los Rueldosa (mineral, voda,…


Rezultati

Uvjeti okoliša na mjestima prikupljanja

AMD uzorke karakterizira nizak pH (2 ± 0,95, srednja ± SD) i srednja (±SD) temperatura, redoks potencijal i vodljivost od 12,49 ± 4,98ଌ, 232 & #x00B1 114 mV, odnosno 4,38 ± 2,23 mS cm -1. Iznimka od ove homogenosti bio je uzorak stalaktita (ST), u kojem je kapajuća voda pokazala viši pH (6,5 ± 0,94), višu temperaturu (14,25ଌ), niži redoks potencijal (53 mV) i veća vodljivost (8,89 mS cm -1). Uzorci WOUT i WEN locirani su pod utjecajem sunčeve svjetlosti, primajući 98 odnosno 3% ukupnog zračenja. Ostali uzorci (WIN, S, BS, BF, B1A, B1B i B2) prikupljeni su u potpunom mraku (slika 2).

SLIKA 2. Prostorna varijacija geokemijskih varijabli [vodljivost, Kond. redoks potencijal, Eh pH T, ଌ i vanjsko svjetlo (%)] uzoraka AMD na mjestima prikupljanja. Simboli (točke ili trokuti) i trake okomite pogreške predstavljaju srednju vrijednost tri mjerenja na svakom mjestu uzorkovanja i njihove odgovarajuće standardne pogreške.

Mikrobna raznolikost bakterija, arheja i eukariota u različitim mikrostaništima Los Rueldos AMD

Bakterijski 16S rRNA geni uspješno su amplificirani iz svih uzoraka, dok su arhealni 16S rRNA amplikoni dobiveni samo iz uzoraka WOUT, WEN, WIN, S, BS i ST. Naš istraživački tim je prethodno istražio bakterijsku i arhealnu raznolikost u biofilmovima B1A, B1B i B2 prisutnim u drenaži (Méndez-Garc໚ i sur., 2014.). Ovi su podaci korišteni u usporedne svrhe u ovom radu zbog postojanja vrlo stabilnih populacija tijekom vremena, što je pokazano analizom denaturirajuće gradijentne gel elektroforeze (DGGE) u B1AB i B2 tijekom 5-godišnjeg razdoblja (dodatna slika S1). Eukariotski 18S rRNA geni uspješno su amplificirani iz uzoraka WOUT, WEN i streamera B1A.

Neobrađeni podaci o sekvenciji uzoraka sastojali su se od 456 928 (155 513 bakterijskih, 140 769 arheoloških i 160 646 eukariotskih čitanja), koji su u konačnici grupirani u 844 bakterijskih, 535 arheoloških i 176 OTUeuk-a. Krivulje razrjeđivanja pokazale su da je bakterijska raznolikost pronađena na zadovoljavajući način u svim uzorcima, dok bi za potpuni oporavak arhealne i eukariotske raznolikosti bio potreban opsežniji napor sekvenciranja (slika 3A). Uzorak stalaktita, ST pokazao je najveću bakterijsku raznolikost među svim uzorcima (mjerke uočene OTU, Chao1 i Shannon i Simpson indeksi bili su 410, 700, 4,8 odnosno 0,97). Uzorci koji pokazuju veću arhealnu raznolikost bili su ST (opaženi OTU, a indeksi Chao1, Shannon i Simpson bili su 125, 173, 1,94 i 0,71, redom) i WIN (Shannon i Simpsonovi indeksi bili su 1,97 odnosno 0,78). Najveća raznolikost eukariota procijenjena je za vodu u ribnjaku izvan galerije (WOUT), koja je dobila najveći utjecaj sunčeve svjetlosti (uočeni OTU, a indeksi Chao1, Shannon i Simpson bili su 105, 119, 1,78 i 0,78, odnosno) (slika 3B).

SLIKA 3. (A) Krivulje razrjeđivanja kod 3% granične vrijednosti različitosti među sekvencama. (B) metrika alfa raznolikosti (opažene vrste, indeksi Chao1, Shannon i Simpson) za bakterije, arheje i eukarije u uzorcima Los Rueldos AMD.

Raznolikost bakterija

Fila i klase bakterija

Proteobakterije su bile najrasprostranjenije otkrivene vrste (što je činilo 51,9% ukupnih očitanja), a zatim cijanobakterije (12,4%, prisutne samo u WOUT i WEN), Nitrospirae (10%), Actinobacteria (7,2%), TM7 (u daljnjem tekstu kao Kandidat Saccharibacteria, Albertsen i sur., 2013.) (4,2%), AD3 (2,7%), Acidobacteria (2,6%) i Firmicutes (0,64%).

Bakterijske svojte s relativnom brojnošću većom od 1% povezane su unutar phyla Actinobacteria, Cyanobacteria, Nitrospirae, Proteobacteria i ca. Saharibakterije u uzorcima vode (WOUT, WEN, WIN) unutar Acidobacteria, Actinobacteria, AD3, Firmicutes, Nitrospirae, Proteobacteria i ca. Saharibakterije u sedimentu (S) unutar Acidobacteria, Actinobacteria, AD3, Firmicutes, Nitrospirae i Proteobacteria u subaerijskom biofilmu (BF) i unutar Acidobacteria, Actinobacteria, AD3, Bacteroidetes, Chlorobi, Chlorbacteriaepirae, i Proteobakterije, Cyclobakteria, Cyclobacteria -2 u površini stalaktita (ST) (Bakterije, slika 4A). Dio sekvenci nije se mogao pripisati nijednoj svojti na razini tipa i ostao je neklasificiran (1,3𠄵,6% u uzorcima vode, 9,8% u uzorku sedimenta, 12,4% u BS uzorku, 1,5% u uzorku subaeralnog biofilma , a 11,6% u stalaktitu). Proteobakterije su dominirale u svim uzorcima (61,1% WIN, 53,4% BF, 53,3% ST, 45,2% S, 39,6% WEN i 24,5% BS), osim u uzorku kisele vode prikupljenim izvan galerije (WOUT), gdje su cijanobakterije bile prevladavaju (bakterije, slika 4A).

SLIKA 4. Profili taksonomije koji prikazuju mikrobnu raznolikost u AMD uzorcima, otkrivenu sekvencioniranjem visoke propusnosti 16S/18S rRNA gena. (A) Trakasti prikazi koji prikazuju relativnu zastupljenost na razini tipa unutar bakterija, arheja i eukarija. (B) Toplinske karte koje prikazuju glavne klase otkrivene unutar svake vrste.

Glavne bakterijske klase otkrivene u vanjskom uzorku vode (WOUT) bile su neklasificirane cijanobakterije (82,7%) i ca. Saharibakterije iz neodređene klase (8,7%) (bakterije, slika 4B) otkrivene u uzorku vode iz ribnjaka na ulazu u galeriju (WEN) bile su neklasificirane cijanobakterije (37,9%), gamaproteobakterije (29,8%) i alfaproteobakterije ( 9,2%) voda unutar galerije (WIN) sadržavala je veći udio alfa-, beta- i deltaproteobakterija (51,7, 50,5 i 6,3%). Acidobakterije su prevladavale u sedimentu i biofilmu na granici sediment/voda u usporedbi s ostalim uzorcima (7,2% u BS i 4,3% u S). BS je obogaćen Nitrospirom (22,3%), dok je S pokazao veći postotak gamaproteobakterija (36,1%). Subaerijski biofilm sadržavao je izrazito više Nitrospira (33,1%), a stalaktit je obogaćen Actinobacterijama (13,6%), Ignavibacterijama (3,4%), Bacteroidia (1,3%) i Alpha-, Beta- i Gammaproteobacterijama, 41,2,2. i 10,3%, redom) (bakterije, slika 4B).

Rodovi i rijetke svojte

Uključeni su dominantni bakterijski rodovi Acidimikrobij (7% WIN, 3,15% WOUT, 3,35% BF, 12,15% BS, 3,85% WEN i 5,4% S) Leptospirillum (35,9% BF, 23,55% BS, 14,8% S, 6,45% WIN, 6,45% WEN, 1,35% WOUT i 0,2% ST) Acidiphilium (0,35% WEN, 0,2% BF, 0,1% S i 0,1% WOUT) Acidobakterije (6,8% BS, 4% S, 3,2% WEN, 2,25% BF i 2% ST) Tiomonas (6,55% ST) Gallionella (13% ST) Aciditiobacilus (1,8% BF, 1,2% WIN, 1,1% S i 0,2% WEN) i neodređeni rod koji pripada ca. Saharibakterije (18% WIN, 9,8% WOUT, 6,3% BS, 2,2% S, 1,7% WEN, 0,5% ST i 0,3% BF). Sediment (S) je karakteriziran prisutnošću RCP1-48 Gammaproteobacteria, Xanthomonadaceae bakterija, Leptospirillum, i AD3 bakterije stalaktita (ST) je dominirao Gallionella, neobilježene Actinomycetales (Actinobacteria) i Xanthomonadaceae Leptospirillum, nepoznate bakterije Betaproteobacteria, Xanthomonadaceae i RCP1-48 bakterije prevladavale su u subaerijskom biofilmu BF Leptospirillum, RCP1-48 i AD3 bakterije su dominirale u BS, a nepoznati rodovi povezani unutar Acidobacteria, Acidimicrobiales i ca. Saharibakterije su bile prisutne u omjerima iznad 6% WEN i WOUT su dominirale cijanobakterije. Neobilježeno ca. Saharibakterije i bakterije RCP1-48 bile su treće najzastupljenije skupine otkrivene u WOUT i WEN redom. Filtriranu vodu (WIN) karakterizira prisutnost Betaproteobacteria, neklasificirana ca. Saharibakterije i Leptospirillum (Dopunska tablica S1A).

Rijetke svojte definirane su kao one koje predstavljaju 0,1𠄱% relativnog obilja na temelju broja sekvenci hipervarijabilne regije 16S rRNA (Hugoni i sur., 2013.). Phyla s brojnošću < 1% uključuje Armatimonadetes (0,05%), Bacteroidetes (0,15%), Chlorobi (0,4%), Chloroflexi (0,1%), Gemmatimonadetes (0,04%), NC10 (0,01%) i OD1 (0,02%) ) u stalaktitu. U sedimentu su manjinske svojte uključivale Planctomycetes (0,01%) i WSP2 (0,2%). Eluzimikrobija (0,03%) otkrivena je u ST, S i WEN, a TM6 (0,01%) je identificirana u WIN (dodatna tablica S1A).

Raznolikost Archaea

Archaeal phyla and classes

Arheje koje su pripadale Euryarchaeota bile su prevladavajuće u svim uzorcima (99,25% WEN, 99,2% BS, 99,1% WOUT, 87,6% S, 83,6% ST i 79,6% WIN). Crenarchaeote su otkrivene samo u stalaktitima (15,4% ST), sedimentu (3,4% S) i u subaerijskom biofilmu (0,4% BS). ca. Parvarchaeote su otkrivene u WIN-u (3,8%) (Archaea, Slika 4A). Klasa Thermoplasmata bila je prevladavajuća u WEN (93,7%), WOUT (93,1%) i BS (99,1%). Kisela voda (WIN) pokazala je veći udio ca. Micrarchaea (3,75%).Varijabilni udio sekvenci ostao je neklasificiran (0,61�,08% u uzorcima vode, 8,75% u uzorku sedimenta, 0,38% u BS uzorku i 1% u stalaktitu). Thaumarchaeota (13,25%), neklasificirana Crenarchaeota (0,3%) i ca. Parvarchaeota (0,1%) bila je zastupljenija u stalaktitu (ST). Sediment (S) je obogaćen MBGA (3,35%) i neklasificiranom Euryarchaeota (0,7%) (Archaea, Slika 4B).

Arhejski rodovi

Arhejski rodovi feroplazma (2,6% FW i 9,15% ST) i Thermogymnomonas (93% POUT, 72% S, 74% FW, 69% ST, 84% DZ i 93% PIN) prevladavali su u uzorcima Los Rueldosa (dodatna tablica S1B).

Raznolikost eukariota

Eukarioti u različitim mikrostaništima u Los Rueldosu AMD prvenstveno su pripadali superskupini SAR (Stramenopiles + Alveolata + Rhizaria) i svojti Opisthokonta. SAR je otkriven u svim uzorcima, dominantan u B1A i WOUT (78,9 odnosno 52,1%). Stramenopiles (1,7% WEN i 50,7% WOUT) bili su Diatomea iz razreda Bacillariophyceae (1,7% u WEN i 35% u WOUT) i Chrysophyceae (15,7% WOUT). Alveolata je uključivala Ciliophora iz klase Spirotrichea (78,7% B1A, 0,5% WOUT i 0,1% WEN). Otkrivena Rhizaria pripadala je Cercozoa (0,9% WOUT i 0,1% WEN) (Eukarya, Slika 4A).

Opisthokonta su bile prisutne u svim uzorcima (83,7% WEN, 32,9% WOUT i 6% B1A), a uglavnom su bile zastupljene gljivičnim skupinama Ascomycota (30,4% WOUT), Chytridiomycota (1,6% WOUT), Basidiomycota (0,3% WEN), LKM11 (78,9% WEN, 0,6% WOUT, 4,9% B1A), Nucletmycea (4,5% WEN, 0,1% WOUT i 0,7% B1A) i LKM15 (0,1% WOUT i 0,2% B1A) (Eukarija, slika 4B).

Taksoni s brojnošću < 1% uključivali su predstavnike superskupina Amoebozoa (1,6%) i Excavata (0,7%). Neklasificirane sekvence činile su 12,7�,2% u svim uzorcima (dopunska tablica S1C).

Mikrofotografije koje pokazuju morfologiju različitih eukariotskih vrsta prisutnih u uzorcima vode na otvorenom prikupljenim u Los Rueldosu (filamentne alge, cijanobakterije, dijatomeje i protozoe) prikazane su na dodatnoj slici S2.

Koristeći podatke o broju OTU, proveden je PCoA ponderiranih UniFrac udaljenosti kako bi se istražile sličnosti sastava između bakterijskih, arhealnih i eukariotskih zajednica u svim različitim mikrostaništima (Slika 5). PCoA na filogenetskim udaljenostima između uzoraka otkrio je glavne svojte koje pridonose razlikama u njihovoj mikrobnoj raznolikosti. Sediment i biofilm na granici uzoraka sediment/voda (S, BS) karakterizirani su redom Gammaproteobacteria RCP1-48 i Methanomassiliicoccaceae archaea. Rod Nitrospira Leptospirillum je izrazito pridonijela razlikama u strukturi zajednice u subaerijskom biofilmu (BF). feroplazma archaea su različito otkrivene u kiseloj rudničkoj vodi unutar galerije, dok je rod Thermogymnomonas bila je povezana s kiselom vodom koja se nakuplja točno na ulazu (WEN) i izvan galerije (WOUT). Cilijatne protozoe (Spirotrichea) uglavnom su pridonijele razlikama u mikrobnoj eukariotskoj zajednici streamera B1. Bacillariophyceae (dijatomeje) pronađene su u kiseloj vodi koja se nakuplja izvan galerije (WOUT), a neklasificirana Opisthokonta pridonijela je razlikama uočenim u vodi koja se nakuplja na ulazu u rudnik (WEN) (Slika 5A).

SLIKA 5. Analiza glavnih koordinata (PCoA) na temelju ponderirane UniFrac metrike udaljenosti za bakterije, arheje i eukarije. PCoA o filogenetskim udaljenostima među uzorcima otkrivajući glavne svojte koje pridonose razlikama u njihovoj mikrobnoj raznolikosti (A). PCoA za vizualizaciju sličnosti u mikrobnom sastavu (B).

PCoA nije odražavao jasno grupiranje uzoraka, što ukazuje na postojanje vrlo finih prilagodbi na uvjete okoliša što dovodi do sastava zajednice specifičnih za mikrostanište (Slika 5B).

CCA analizom otkrivena je korelacija između distribucije bakterijskih i arhealnih vrsta i okolišnih čimbenika. CCA je proveden kako bi se ispitale korelacije između klasa s relativnom zastupljenošću većom od 1% u barem jednoj biblioteci sekvenciranja i geokemijskih parametara [pH, temperatura, Eh, osvjetljenje (Lx), redoks potencijal i vodljivost] u svakom uzorku (dodatna slika S3). Samo su varijable okoliša pH i osvjetljenje pokazale značajnu korelaciju (str-vrijednost < 0,05) sa sastavom bakterijske zajednice (dodatna slika S3A). Iako nisu značajne, varijable okoliša koje utječu na sastav zajednica arheja i mikrobnih eukariota također su prikazane na dopunskim slikama S3B,C).

Rekonstrukcija filogenije gena 18S rRNA

Kako bismo dobili kvalitetnu filogeniju za neistražene eukariote iz Los Rueldos AMD, izvršili smo analizu biblioteke klonova gena pune duljine 18S rRNA paralelno sa sekvenciranjem amplikona sljedeće generacije. Geni 18S rRNA pune duljine uspješno su amplificirani iz uzoraka WOUT, WEN, B1A i B2. Ukupno je dobiveno i analizirano 668 sljedova 18S rRNA pune duljine (WOUT: 165 WEN: 189 B1A: 146 i B2: 168). Filogenetska analiza eukariotskih sekvenci otkrila je postojanje 21 operativne filogenetske jedinice (OPU) raspoređenih u taksonomskim skupinama Hypotrichia (protozoa trepavica), Ochrophyta (skupina fotosintetskih algi) i Opisthokonta (grupa gljiva/metazoa, koju predstavljaju u okruženju AMD) (slika 6, klade u žutoj boji). Cilijatne protozoe otkrivene su samo u biofilmima B1A i B2, a uglavnom su bile zastupljene rodom Gonostomum (OPU B1A_11 i B2_73) i Oxytricha (B1A_29 i B2_40). Slatkovodne alge Chrysonebula (OPU WOUT_10) i Pinnularija (WEN_29) otkriveni su u kiseloj vodi koja se nakuplja izvan galerije (WOUT) i na samom ulazu u špilju (WEN). Glavni OPU-ovi unutar gljiva Opisthokonta uglavnom povezani s Ascomycota Helotiales (WOUT_73), koji su otkriveni u vodi izvan galerije, i rod Paramikrosporidija (WEN_18), koji je pronađen u vodi na ulazu u galeriju. Taksoni identificirani u nižim omjerima unutar Opisthokonta uključivali su Ascomycota Dothideomycetes (WOUT), Zygomycota (Mucoromycotina) (WOUT) i skupinu LKM15 (WEN) (Slika 6).

SLIKA 6. Filogenija 18S rRNA gena pune duljine dobivenih iz biofilma (B1A i B2) i uzoraka vode (WOUT i WEN). Uključene su sve klade iz kojih su zabilježeni mikrobni eukarioti u AMD ekosustavima. Skupine koje sadrže novootkrivene mikrobne potpise označene su žutom bojom. Trakasti grafikoni predstavljaju broj sekvenci po OPU-u. Mjehurasti grafikoni proporcionalni su brojnosti svake navedene svojte. Mjerna traka predstavlja promjene po web mjestu (%).

Predviđanje funkcionalnih profila u AMD uzorcima

Predviđanje funkcije mikrobne zajednice provedeno je pomoću PICRUSt-a (Langille i sur., 2013.), koji zaključuje metagenom zajednice procjenom njegovih genskih obitelji putem detektiranih 16S rRNA genskih potpisa. PICRUSt ne dopušta metagenomski zaključak iz sekvenciranja hipervarijabilne regije gena 18S rRNA, stoga je predviđanje ograničeno na bakterijske i arhealne funkcije. PICRUSt se pokazao učinkovitim za okruženja kao što su ljudska crijeva (Langille i sur., 2013.), za koje su opsežni katalozi gena iz sve većeg broja izolata i u silikonu postoje rekonstrukcije genoma. Ipak, predviđanja su prilično rijetka i generička kada se PICRUSt primjenjuje pomoću filogenetskih markerskih genskih potpisa iz manje poznatih okruženja. Naši rezultati se uklapaju u ovu posljednju kategoriju i uključeni su u Dopunske materijale.


Objavljivanje online od travnja 2015

Od svog osnivanja 1936. godine, Bergey's Manual Trust je dao sveobuhvatne i autoritativne opise bakterija i arheja kroz objavljivanje svojih Priručnika o determinativnoj i sustavnoj bakteriologiji. Rezultat suradnje Trusta i gotovo tisuću mikrobiologa iz cijelog svijeta, Priručnici pružaju opsežne opisne informacije o taksonomiji, sistematici, fiziologiji, ekologiji i staništima pojedinih prokariotskih skupina, kao i prirodnu klasifikaciju prokariota koja odražava njihovu evolucijsku povijest.

Što je Priručnik ovisi o tome tko ga čita. Za mikrobiološke istraživače, kliničare i druge stručnjake pruža detaljne i mjerodavne opise svake od prokariotskih skupina koje su pripremili stručnjaci koji imaju iskustvo iz prve ruke. Biolozima i drugim istraživačima izvan mikrobiologije pruža uvod u literaturu za određene prokariotske skupine. Studentima pruža panoramski pregled biologije prokariota i bogatstva prokariotskog života.

Eksplozija u izolaciji i opisu novih svojti prokariota tijekom posljednjih pet godina rezultirala je opisom više od stotinu novih rodova i šest stotina novih vrsta godišnje. Ovaj brzi tempo naglašava potrebu za stalno ažuriranim elektroničkim izdanjem koje drži zajednicu na čelu istraživanja. Cilj ovog novog izdanja je integrirati ove nove informacije o određenim prokariotskim skupinama s našim postojećim znanjem i pružiti novu sintezu našeg razumijevanja života prokariota.


Materijali i metode

Uzorkovanje

Uzorci spužve (n = 27) prikupljeni su ronjenjem od svibnja do rujna 2015. na tri lokacije iz središnje obalne regije Vijetnama na dubini od 5-10 m (Tablica S1). Zaljev Lang Co nalazi se u okrugu Phu Loc unutar pokrajine Thua Thien Hue. Con Co je mali otok u pokrajini Quang Tri s površinom od 2,3 km 2 . Otok Hon Mun je zaštićeno područje mora u zaljevu Nha Trang, pokrajina Khanh Hoa. Zaljev Lang Co uzorkovan je u svibnju 2015., otok Con Co u kolovozu 2015. i otok Hon Mun u rujnu 2015. Udaljenost između mjesta uzorkovanja kreće se od 150 do 540 km. Uzorci su prebačeni izravno u vrećice s patentnim zatvaračem koje su sadržavale morsku vodu kako bi se spriječio kontakt spužvastog tkiva sa zrakom. Svi uzorci su odmah prevezeni u laboratorij, tri puta isprani sterilnom umjetnom morskom vodom (Instant Ocean Aquarium Sea Salt Mixture: Instant Ocean) i pohranjeni na -80 °C do ekstrakcije DNK.

Ekstrakcija DNA i PCR amplifikacija 16S rRNA gena

Uzorci spužve prije ekstrakcije obrađeni su modificiranim protokolom iz (Abe i sur., 2012.). Ukratko, uzorci su tri puta isprani sterilnom umjetnom morskom vodom kako bi se uklonili svi ostaci pričvršćeni za spužvu. Zatim su uzorci dodatno očišćeni sterilnim skalpelom kako bi se uklonio sediment i ostali organizmi koji su strogo vezani za spužvu. Konačno, komad spužvastog tkiva je samljeven u TEN puferu (3,5% natrijev klorid, 10 mM tris-hidroksimetil-aminometan, 50 mM etilendiamintetraoctena kiselina, pH 8,5) sa steriliziranim mortom i tučkom. Suspenzije stanica filtrirane su kroz veliku najlonsku mrežicu (20 μm) kako bi se uklonili potencijalni kontaminanti. Filtrati su zatim centrifugirani na 8000 g tijekom 15 minuta na 4 °C. Pelete su korištene za ekstrakciju ukupne genomske DNK pomoću ZymoBead™ Genomic DNA Kit (Zymo Research, Irvine, CA, USA) prema protokolu proizvođača. Koncentracija ekstrahirane DNA određena je spektrofotometrom Nanodrop 1000 (Nanodrop Technologies, Wilmington, DE, USA), a njezin integritet je ispitan gel elektroforezom na 1% (w/v) agaroznom gelu. Ekstrahirana DNA otopljena je u TE puferu i pohranjena na -20 °C do daljnje analize.

Prokariotske zajednice okarakterizirane su Illumina MiSeq sekvenciranjem fragmenata gena 16S rRNA korištenjem postupka amplifikacije u dva koraka. V4 regija gena 16S rRNA umnožena je PCR-om korištenjem 2. verzije bakterijskih primera 515F/860R (Apprill et al., 2015.), koji su dodani na 3′ kraj Unitag1 i Unitag2, redom (tablice S2 i S3). PCR amplifikacija je izvedena u volumenu od 40 μL koji sadrži 8 μL zelenog pufera Phusion HF (ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, SAD), 1 μL 10 mM dNTP mješavine (Promega Benelux BV, Leiden, Nizozemska) , 0,4 μL Phusion Hot Start II visoke vjernosti DNA polimeraze (2 U/μL ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, SAD), 1 μL 10 μM otopine svakog primera, 1 μL predloška (20 ng/μL) i 27,6 μL vode bez nukleaze. PCR je izveden u sljedećim uvjetima: početna denaturacija na 98 °C tijekom 30 s, nakon čega slijedi 25 ciklusa denaturacije na 98 °C tijekom 5 s, žarenje na 56 °C tijekom 20 s, elongacija na 72 °C tijekom 20 s, i konačno produljenje na 72 °C tijekom 5 min. Nakon toga, prvi PCR proizvod je korišten kao predložak u drugom PCR-u kako bi se dodali crtični kodovi specifični za uzorak (osam nukleotida). Drugi PCR sastojao se od 10 μL Phusion HF zelenog pufera (ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, SAD), 1 μL dNTP mješavine (Promega, Madison, WI, SAD), 0,5 μL Phusion Hot Start II DNA polimeraze (ThermoFisher Scientific, Waltham MA, SAD), 31 μL vode bez nukleaze, 2,5 μL 10 μM prednjeg primera (barcode-linker-Unitag1), 2,5 μL 10 μM obrnutog primera (barcode-linker-Unitag2) (Tablica S3) i 2,5 μL prvog PCR proizvoda . Uvjeti PCR-a bili su 98 °C tijekom 30 s, nakon čega je slijedilo 5 ciklusa na 98 °C tijekom 10 s, 52 °C tijekom 20 s i 72 °C tijekom 20 s, te konačno produljenje na 72 °C tijekom 10 minuta. Svi PCR proizvodi analizirani su na 1,8% (w/v) agaroznom gelu kako bi se potvrdili proizvodi. PCR proizvodi su pročišćeni korištenjem HighPrep™ PCR protokola za čišćenje-MagBio kit (Magbio, London, UK) i kvantificirani pomoću Quant-iTdsDNA visokoosjetljivog testnog kita i Qubit fluorometra 2.0 (Invitrogen, Grand Island, NY, SAD). Konačno, uzorci su skupljeni u ekvimolarnim koncentracijama kako bi se osigurala jednaka zastupljenost svakog uzorka (uključujući dvije lažne zajednice kao interni standard za usporedbu očekivanog s promatranim sastavom gena 16S rRNA). Skupljena biblioteka je pročišćena, koncentrirana i ponovno kvantificirana s HighPrep™ PCR kompletom za čišćenje (Magbio, London, UK) i Quant-iTdsDNA visokoosjetljivim testnim kompletom (Invitrogen, Grand Island, NY, SAD). Uzorci su sekvencionirani na Genome Sequencer Illumina MiSeq u GATC Biotech, Njemačka. Podaci o sekvenciranju pohranjeni su u NCBI arhivu čitanja sekvenci pod ID Bioprojekta: PRJNA354731 s pristupnim brojevima: SRS1815731–SRS1815757 (Tablica S3).

Slijed analize podataka

Podaci o sekvenciranju Illumina obrađeni su i analizirani pomoću NG-Tax cjevovoda (Ramiro-Garcia i sur., 2016.). Ukratko, kombinirane su knjižnice uparenih krajeva, a zadržani su samo parovi čitanja sa savršeno odgovarajućim početnim kodovima i crtičnim kodovima. U tu svrhu, oba primera su označena crtičnim kodom kako bi se olakšala identifikacija himera proizvedenih tijekom stvaranja knjižnice nakon spajanja pojedinačnih PCR proizvoda. I naprijed i obrnuto čitanje skraćeno je na 100 bp kako bi se izbjeglo preklapanje u naprijed i obrnuto čitanju, što bi utjecalo na kvalitetno filtriranje. Upareni kraj obrubljen naprijed i obrnuto čitanje spojeno je kako bi se dobile sekvence od 200 bp koje su korištene za naknadnu obradu podataka sekvence. Demultipleksiranje, odabir OTU-a, uklanjanje himere i taksonomska dodjela izvedeni su unutar jednog koraka pomoću OTU_picking_pair_end_read skripta u NG-Tax. Čitanja su rangirana po uzorku prema obilju, a OTU-ovi (na 100% razini identiteta) dodani su u početnu OTU tablicu za taj uzorak počevši od najrasprostranjenije sekvence sve dok brojnost nije bila niža od 0,1%. Konačna OTU tablica stvorena je grupiranjem očitanja koja su u početku odbačena jer su predstavljala OTU <0,1% relativne zastupljenosti s OTU-ovima iz početne OTU tablice s pragom od (98,5% sličnosti) (Ramiro-Garcia et al. , 2016.). Taksonomsko dodjeljivanje korištenjem najrasprostranjenije sekvence svakog OTU-a izvršeno je korištenjem UCLUST algoritma (Edgar, 2010.) i baze podataka Silva 111 SSU Ref (Yilmaz i sur., 2014.).

Analiza prokariotske zajednice

Sažeci sastava zajednice na razinama tipa i razreda kreirani su pomoću summarize_taxa_through_plots.py skripta iz QIIME verzije 1.9.1 (Caporaso et al., 2010.). Goodov indeks pokrivenosti, krivulje razrjeđivanja i metrika alfa raznolikosti (npr. Shannon, inverzni Simpson i ravnomjernost) izračunati su pomoću QIIME skripte alpha_rarefaction.py. Indeksi alfa raznolikosti izračunati iz prokariotskih zajednica vrsta spužve s replikama testirani su Kruskal-Wallisovim testom pomoću funkcije kruskal.test unutar FSA paketa (Ogle, 2017.) R v.3.3.1 (R Core Team, 2016.). Toplinske karte su generirane za (a) prokariotski sastav na razini tipa i klase, (b) najzastupljeniji OTU koji sadrži najmanje 2,5% očitanja u barem jednom od uzoraka, (c) arhealni OTU i (d) OTU povezane na poznate nitrifikacijske svojte pomoću toplinska karta.2 funkcija paketa gplots u R (Warnes i sur., 2016.). Za multivarijantne analize temeljene na udaljenosti, tablica OTU gena 16S rRNA standardizirana je korištenjem dekostal funkcija (metoda = “hellinger”) veganskog paketa u R (Oksanen i sur., 2016.). Pomoću funkcija izvršena je hijerarhijska analiza klastera vegdist (metoda = “bray”) i hclust (metoda = “prosjek”). Nemetrički višedimenzionalni dijagram skaliranja kreiran je putem funkcije metaMDS (Bray–Curtis distance) veganskog paketa (Oksanen i sur., 2016.). Multivarijantna analiza temeljena na Bray-Curtisovim razlikama prokariotskih zajednica povezanih s spužvom za vrste spužva s replikama provedena je pomoću funkcija betadisper, permutest, i permutacijska multivarijantna analiza varijance (Adonis) funkcije veganskog paketa.

OTU-ovi obogaćeni spužvom

91 najzastupljeniji OTU naše studije (tj. najmanje 2,5% svih očitanja u barem jednom od uzoraka) korišten je za identifikaciju OTU-a koji su značajno obogaćeni u 3569 uzoraka spužve (koji sadrže 269 vrsta spužve) iz mikrobioma spužve projekt (Moitinho-Silva i sur., 2017a). Ukratko, reprezentativne sekvence (n = 91) od najzastupljenijih OTU-a iz naše studije podvrgnuti su BLAST pretrazi (Altschul et al., 1990.) prema odabranoj bazi podataka mikrobioma spužve, koja je sadržavala 64.424 visokokvalitetne zamućene podOTU sekvence koje su ekstrahirane iz projekta mikrobioma spužve Zemlje (EMP ) baza podataka (https://github.com/amnona/SpongeEMP). Kuriranoj bazi podataka spongeEMP BLAST i dodatnim informacijama koje opisuju stvaranje baze podataka možete pristupiti ovdje: https://github.com/marinemoleco/spongeEMP_BLASTdb. SubOTU sekvence spužvastog mikrobioma sa 100% sličnosti sa sadašnjim 91 slijedom upita prenesene su na internetski poslužitelj spongeEMP (www.spongeemp.com) kako bi se identificirali OTU-ovi koji su značajno obogaćeni uzorcima spužve EMP (str < 0,05 za kategoriju “povezano s hostom” u polju env_package).

Identifikacija molekularne spužve

Za taksonomsku identifikaciju uzoraka spužve, gen 18S rRNA skoro pune dužine i citokrom c Fragmenti gena za podjedinicu oksidaze I (COI) iz svih uzoraka su PCR amplificirani korištenjem seta primera EukF/EukR (Medlin et al., 1988) za 18S rRNA gen i jgLCO1490/jgHCO2198 (Geller et al., 2013) za COI Tablica S2). PCR proizvodi su klonirani u pGEM-T Easy vektorske sustave (Promega, Madison, WI, SAD) prema protokolu proizvođača. Pozitivni klonovi su odabrani i sekvencionirani korištenjem para početnica T7/SP6. Sekvence su obrezane (granica vjerojatnosti pogreške 0,1) korištenjem Geneiousa 4.8.3 (Kearse i sur., 2012.). Vektor za kloniranje identificiran je pomoću VecScreen (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/vecscreen/) i uklonjen. Za gen 18S rRNA skupljeni su prednji i reverzni slijedovi kako bi se dobili fragmenti gotovo pune duljine. Sekvence 18S rRNA iz ove studije i tri najsličnije sekvence dobivene eksplozijom u bazi podataka NCBI nr/nt dodane su u skup postojećih spužvastih 18S rRNA sekvenci (Sipkema et al., 2009.), a zatim su poravnate pomoću MAFFT-a ( v.7.222) program sa strategijom FFT-NS-i (Katoh & Standley, 2013.). Ista strategija slijedila je za sekvence COI dobivene u ovoj studiji. Dodatne tri sekvence gena COI dodane su na temelju najveće BLAST sličnosti s našim sekvencama dobivenim iz NCBI baze podataka (nr/nt baza podataka), a zatim su poravnate kako je gore opisano. Filogenetska stabla za gene 18S rRNA i COI stvorena su korištenjem RAxML verzije 8.0.0 (Stamatakis, 2014.) s GTRGAMMA modelom i 1000 bootstrap replika. Konačna taksonomija spužve određena je na temelju najbolje pozicije u oba filogenetska stabla i njihovog BLAST identiteta sa sekvencama vrsta spužvi pohranjenih u NCBI bazi podataka. Uzorci su identificirani na razini vrste ako je njihov identitet bio najmanje 99% sa sekvencama u bazi podataka NCBI. Međutim, tri vrste pokazale su visok identitet (≥99%) sa sekvencama vrsta spužvi u bazi podataka NCBI, čija poznata distribucija obično ne uključuje Tihi ocean prema Svjetskoj bazi podataka Porifera (http://www.marinespecies.org/porifera /). Za te je uzorke odlučeno da se ne klasificiraju do razine vrste i umjesto toga održavaju generički status. Sve generirane sekvence pohranjene su u GenBank pod pristupnim brojevima: KX894454–KX894480 (18S rRNA geni) i KX894481–KX894504 (COI geni).


Meta-analiza bakterijske i arhealne raznolikosti uočene u močvarnim tlima.

Močvare, koje se procjenjuju na 45% ukupne vrijednosti globalnih prirodnih ekosustava [1], jedan su od najvažnijih kopnenih ekosustava i rasprostranjene u svim regijama svijeta uključujući Antarktik [2]. Mikrobiomi u močvarama imaju važnu ulogu u biogeokemijskim procesima, a mikrobne aktivnosti su ključne za funkcije močvarnih sustava [3-8]. Štoviše, mikrobna raznolikost je ključna za iskorištavanje potencijala mikrobnih resursa iz močvarnih ekosustava [9-13]. Ključno je i potrebno razumjeti cjelokupno preživljavanje mikroorganizama u močvarama. Bakterije i arheje su široko proučavane s obzirom na njihovu bioraznolikost u prirodnim i izgrađenim močvarama [14-17]. Početne studije koristile su tradicionalne metode ovisne o kulturi i rezultirale su otkrićem mnoštva novih bakterijskih i arhealnih svojti [18]. Koristeći različite metode molekularne biologije, sve veći dokazi upućuju na to da su strukture mikrobnih zajednica povezane s procesima u tlu, kao što su kloniranje i sekvenciranje gena 16S rRNA, elektroforeza denaturirajućeg gradijentnog gela (DGGE), polimorfizam duljine terminalnih restrikcijskih fragmenata (T-RFLP ), i kvantitativni PCR [4, 8, 19-23]. Kloniranje i sekvenciranje gena 16S rRNA naširoko se koristi za njihovu identifikaciju potencijalno poznatih i nepoznatih mikroba [24]. Mnoštvo studija ispitalo je mikrobnu raznolikost u močvarama koristeći relativno velike (>200 sekvenci) 16S rRNA klonske biblioteke [4, 20, 25]. Međutim, većina dosadašnjih studija bila je usmjerena na pojedinačni močvarni ekosustav [16, 26-28]. Mnogi objavljeni skupovi podataka sadrže mali broj kloniranih sekvenci (općenito >gt100), čime se otkriva samo mali dio pune raznolikosti prisutne u močvarama [10,11,29,30]. Fokus nekih studija ograničen je na određenu mikrobnu skupinu [31, 32]. Osim toga, postoje mnoge sekvence pronađene iz močvarnih staništa bez dodatnih informacija koje su pohranjene u GenBank, a da još nisu prijavljene. Tehnologije sekvenciranja visoke propusnosti, poput 454-pirosekvencije i ionske bujice, korištene su za analizu mikrobioma u močvarama [30, 33-35]. Ove metode mogu proizvesti ogromne skupove podataka kratkog niza čitanja. Međutim, duljina ovih čitanja je prekratka da bi se klasificirala. Trenutno ne postoji konsenzus o veličini ili prirodi mikrobne raznolikosti koja se općenito nalazi u močvarama. Kao rezultat toga, razumijevanje mikrobioma u močvarama je fragmentirano i vjerojatno pristrano. Ova praznina u znanju o mikrobiomima u močvarama ometat će učinkovitost i stabilnost močvarnih ekosustava. Nekoliko skupnih pregleda mikrobne raznolikosti u globalnim močvarama nalazi se do danas. Svrha studije je (1) izvršiti meta-analizu svih javno dostupnih sekvenci gena 16S rRNA identificiranih iz različitih močvara kako bi se pružila zajednička procjena mikrobne raznolikosti u močvarnom ekosustavu, (2) uložili napor u procjenu trenutne pokrivenost mikrobne raznolikosti u močvarama i (3) identificirati posebne praznine u znanju i razumijevanju mikrobnih populacija uključenih u močvare.

2.1. Prikupljanje podataka o slijedu. Početni setovi sekvenci dobiveni su iz baza podataka GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov) i RDP (Izdanje 10, http://rdp.cme.msu.edu) korištenjem pojmova za pretraživanje ("močvara" ILI "močvara" ILI "bar") I "tlo" I "16S" 11.11.2012. Ne-16S rRNA sekvence iz GenBanka uklonjene su provjerom naziva sekvenci. Sve sekvence gena 16S rRNA iz dvije baze podataka su spojene. Dvostruki nizovi identificirani na temelju pristupnih brojeva uklonjeni su. Mallared je korišten za provjeru sekvenci s vektorskim nukleotidima ili himerom (http://www.softsea.com/review/Mallard.html). Slijedovi gena 16S rRNA Escherichia coli (pristupni broj: U00096) i Methanothermobacter thermoautotrophicus (pristupni broj: AE000666) odabrani su kao referentne sekvence za bakterije, odnosno arheje. Kako bi se izbjegle nesigurnosti u usporedbi i klasificiranju kratkih sekvenci, sekvence kraće od 250 bp uklonjene su iz skupa podataka koji imaju malo ili nimalo preklapanja sekvenci. Preostale sekvence sadržavale su redigirani složeni skup podataka korišten u ovom radu.

2.2. Filogenetska analiza. Sekvence su usklađene s Kalignom [36] i razvrstane u taksonomske rangove pomoću RDP klasifikatora sa zadanim postavkama [37]. Na temelju izlaznih klasifikacija iz RDP Classier-a, mape stabla su izrađene korištenjem paketa mapa stabla u R. Skup podataka je podijeljen u sljedeće grupe na temelju klasifikacija: Archaea, Bacteria, Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes, Acidobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, i sakupljene "manje vrste" bakterija koje su sadržavale sekvence koje nisu dodijeljene nijednom od prije spomenutih tipova. Matrice udaljenosti poredanih sekvenci izračunate su unutar ARB-a pomoću Jukes-Cantorove korekcije [38]. Pojedinačne matrice udaljenosti analizirane su korištenjem Mothura [39] za grupiranje OTU-a, generirane krivulje razrjeđivanja i procijenjeno očekivano maksimalno bogatstvo vrsta komplementarno bogatstvu ACE i Chao1. Osim ako nije drugačije navedeno, genetska udaljenost <0,03 korištena je za definiranje OTU-a na razini vrste. Granica udaljenosti za ostale taksonomske rangove postavljena je kako slijedi: 0,05, rod 0,10, obitelj 0,15, klasa/red i 0,2, tip. Sve procijenjene asimptote krivulje razrjeđivanja određene su putem R paketa monomol (https://github.com/binma/monomol) [40]. Postoci pokrivenosti izračunati su kako su opisali Nelson i sur. [41].

2.3. Pristupni brojevi. Pristupni brojevi za sve sekvence analizirane u ovoj studiji bili su dostupni od odgovarajućeg autora. Slijedovi su trenutno održavani u internoj ARB bazi podataka sekvenci gena 16S rRNA za močvare. Kopija ove baze podataka i poravnanje slijeda također su bili dostupni na zahtjev odgovarajućeg autora.

Ova studija je provedena kao meta-analiza na javno dostupnim sekvencama gena 16S rRNA pronađenih u močvarnim tlima diljem svijeta. Skup podataka o sekvencama prikupljen iz Genbank i RDP baze podataka analiziran je bez obzira na njihove prethodno dodijeljene taksonomske informacije ili druge analize.

Kako bi se pozabavilo dugoročnim pitanjem razumijevanja mikroorganizama iz staništa močvarnog tla, ova studija je prvo imala za cilj karakterizirati prokariotske zajednice koje nastanjuju močvarna tla. Prokariotski mikroorganizmi iz staništa močvarnog tla pokreću biogeokemijske cikluse elemenata i mogu biti izvor novih halofilicenzima. Stoga smo metodom metaanalize proučavali raznolikost prokariotskih mikroorganizama iz močvarnih tala.

3.1. Sažetak podataka. Ukupno 14318 sekvenci dužih od 250 bp dohvaćeno je iz GenBank i RDP baza podataka. Sekvencije su uglavnom bile duge oko 800 bp, nakon čega je slijedilo otprilike 600 bp (slika 1). Zanimljivo je da postoji mali submit duljine sekvence između 1400 bp i 1600 bp. 12583 bakterijske sekvence dodijeljene su 6383 OTU-a, dok je 1735 arhealnih sekvenci dodijeljeno 521 OTU-u (Tablica 1 i Slika 1). Najzastupljeniji bakterijski i arheološki OTU sadržavao je 143 sekvence, odnosno 113 sekvenci. Preko 90% bakterijskih sekvenci klasificirano je unutar pet tipova, naime, Proteobacteria, Bacteroidetes, Acidobacteria, Firmicutes i Actinobacteria (slika 2). Preostale sekvence su razvrstane unutar 26 "manjih" tipova, od kojih su Chloroflexi, Planctomycetes, Cyanobacteria i Verrucomicrobia bile jedine "manje" vrste s zastupljenošću 1% svih bakterijskih sekvenci.

Od analiziranih arhealnih sekvenci, sve su svrstane u dvije vrste: Euryarchaeota i Crenarchaeota, koje predstavljaju 925 odnosno 810 sekvenci.

3.2.1. Proteobakterije. Proteobakterije su bile najveći i najraznovrsniji tip u sadašnjem skupu podataka. Obuhvaćao je ukupno 5637 sekvenci, otprilike 44,8% bakterijskih sekvenci, dodijeljenih 466 poznatih rodova. Generirano je 2791 OTU, sa Simpsonovim indeksom raznolikosti od 0,0020. Zastupljeno je svih šest klasa unutar Proteobakterije, ali Delta-, Gamma-, Beta- i Alphaproteobacteria zajedno predstavljaju preko 99% proteobakterijskih sekvenci (Slika 3). Razredi Epsilonproteobacteria i Zetaproteobacteria bili su iznimno rijetki, predstavljeni s 43 odnosno 1 sekvencom, što ukazuje na nisku stopu oporavka u većini močvara.

Nastava u Proteobacteria pokazala je različite tendencije u različitim močvarama. Dokumentirana je široka rasprostranjenost gamaproteobakterija i Deltaproteobacteria u morskom sedimentu, a većina njih sudjelovala je u redukciji sumpora u anaerobnim uvjetima [4]. Za usporedbu, u slatkovodnom sedimentu pojavila se velika brojnost Alphaproteobacteria i Betaproteobacteria, što je u značajnoj korelaciji s pH i hranjivim tvarima [34]. Potvrđeno je da neki rodovi Betaproteobacteria naseljavaju ekstremno alkalna močvarna područja ispunjena povijesnom čeličnom troskom [42]. Epsilonproteobakterije relativno su bogate na oksično-anoksičnim sučeljima kao što je međuplimna močvara [43].

Deltaproteobakterije bile su najveća klasa u tipu, sa 1627 sekvenci (28,9% proteobakterija). Geobacter iz obitelji Geobacteraceae bio je najrasprostranjeniji rod (9,8% Deltaproteobacteria) u Deltaproteobacteria. Bila je u izobilju u rizosferi i nadaleko je poznata kao vrsta Fe (III)-reducirajuće bakterije [44]. Slijedeći obilni rodovi su Deltaproteobacteria, Desulfosarcina, Desulfopila, Desulfovibrio, Desulfonema i Desulfobacterium, koji su predstavljali više od 1,0% proteobakterijskih sekvenci. Sve su bile sulfat-reducirajuće bakterije, a na njihovu distribuciju utjecali su salinitet i biljne hranjive tvari [45]. Imali su važnu ulogu u metabolizmu dušika, fosfora, sumpora i nekih organskih spojeva u močvarnim sustavima [18, 46]. Anaeromyxobacter je također bio rod koji posjeduje više od 1,0% proteobakterijskih sekvenci. Kao vrsta fakultativne bakterije, njena jedinstvena respiratorna redukcija nitrata i nitrita u amonijak nije bila povezana s njezinom sposobnošću redukcije dušikovog oksida u plinoviti dušik [47].

Za klasu Gammaproteobacteria identificirano je 1456 sekvenci. Bila je to druga najveća klasa u Proteobacteria. Otprilike 12,6% gamaproteobakterijskih sekvenci (184 sekvence) pripisano je rodu Rhodanobacter iz obitelji Xanthomonadaceae. Ovaj rod bi mogao biti uključen u kiselu denitrifikaciju u močvarnim tlima [3]. Sljedeći obilni rodovi bili su Thioprofundum i Methylobacter, koji čine 8,9% (129 sekvenci) odnosno 8,0% (108 sekvenci) gamaproteobakterijskih sekvenci. Thioprofundum se nedavno smatrao mezofilnim, fakultativno anaerobnim bakterijskim sojem koji oksidira sumpor [48]. Prijavljeno je da Methylobacter dominira u močvarnom području Zoige gdje su bili centri emisije metana [24]. Međutim, na njega nije utjecao dušik ispran iz slivnog područja u borealnim obalnim močvarama [9]. Drugi rodovi koji predstavljaju više od 1,0% sekvenci proteobakterija bili su Ectothiorhodosinus, Pseudomonas i Steroidobacter. Pseudomonas je bila jedna od široko proučavanih bakterija koje razgrađuju PAH, široko se širila u zagađenom močvarnom okolišu [29] i bila je prevladavajuća mikrobna populacija u izgrađenom močvarnom području za otpadne vode nitrobenzena [32].

U Proteobacteria je identificirano 1420 betaproteobakterijskih sekvenci. Rod Nitrosomonas bio je prevladavajući rod s 222 dodijeljene sekvence, dok je rod Nitrosospira bio drugi bogat rod s 217 sekvenci. Oni su također bili prvi i drugi najzastupljeniji proteobakterijski rod, a oba su pripadala obitelji Nitrosomonadaceae koje su bile dobro poznate kao glavni mikroorganizmi koji oksidiraju amonijak i doprinose proizvodnji N2O u močvarama i sedimentima [31,49,50]. Rodovi Ferribacterium, Thiobacillus i Sulfuricella posjedovali su više od 1,0% proteobakterijskih sekvenci.

Četvrta najveća proteobakterijska klasa bila je Alphaproteobacteria, sa 1090 sekvenci (preko 19,3%). Dominantni rod Sphingomonas u klasi Alphaproteobacteria bio je široko rasprostranjen u močvarama i sedimentima, zbog svoje sposobnosti preživljavanja u niskim koncentracijama hranjivih tvari, kao i metabolizma širokog spektra izvora ugljika [7, 51]. Osim Sphingomonas koji sadrži preko 2,0% proteobakterijskih sekvenci (122 sekvence), drugi rodovi Alphaproteobacteria predstavljaju manje od 1,0% sekvenci proteobakterija.

3.2.2. Bacteroidetes. Bacteroidetes je bila druga rasprostranjena vrsta u sadašnjem skupu podataka, uključujući 2244 sekvence (gotovo 17,8% svih bakterijskih sekvenci), koje su dodijeljene 109 poznatih rodova, s 868 OTU i Simpsonovim indeksom raznolikosti od 0,0007 (Slika 4). Za veliki broj sojeva Bacteroidetes izoliranih iz močvarnog tla i sedimenta navodi se da su anaerobne i saprofitne reprezentativne bakterije 52, 53]. Ističući neujednačenost tipa, preko 70% svih sekvenci Bacteroidetes (12,8% svih bakterijskih sekvenci) pripisano je klasi Flavobacteria. Kao obični heterotrofni obvezni aerob, Flavobacteria je bila druga najveća klasa u skupu podataka. Rasprostranjena je u raznim močvarnim područjima, čak iu lagunama svinjskih otpadnih voda i izgrađenim močvarama [54, 55]. Klasa Sphingobacteria bila je zastupljena sa samo 491 sekvencom, dok je klasa Bacteroidia bila zastupljena sa samo 75 sekvenci. "Nedefinirani Bacteroidetes" se sastojao od 65 sekvenci.

Najčešće promatrani rod kod Flavobacterium bio je Flavobacterium (1459 sekvenci), koji je bio i najzastupljeniji bakterijski rod u ovom skupu podataka. Brojne vrste Flavobacterium izolirane su iz rizosfere močvarnog područja [52, 53].

3.2.3. Acidobakterije. Acidobakterije su bile treći najveći tip u našem skupu podataka, uključujući 1345 sekvenci dodijeljenih 29 rodova. Acidobakterije su novi tip, čiji su članovi fiziološki raznoliki i sveprisutni u tlima, ali su trenutno nedovoljno zastupljeni u kulturi. Identificiran je 731 OTU, sa Simpsonovim indeksom raznolikosti od 0,0031 (Slika 5). Nešto više od 90% svih acidobakterijskih sekvenci (9,7% svih bakterijskih sekvenci) dodijeljeno je 21 neklasificiranoj skupini, a samo 130 sekvenci predstavljeno je u klasu Holophagae. Ukupno, gotovo 40% sekvenci Acidobacteria moglo se klasificirati u Gp1, što je bila druga najveća klasa bakterija. Sljedeće klase bile su grupa Gp3, a zatim grupa Gp6, sa 196 odnosno 116 sekvenci. Prema izvješćima, skupina Acidobacteria bila je brojnija u prirodnim močvarama nego u stvorenim močvarama [10, 34], posebice u slatkovodnom sedimentu [34]. Acidobakterije su prijavljene kao najveća podjela u aktivnom sloju i povezanom permafrostu umjereno kiselog močvarnog područja u Kanadi [11]. Potrebne su buduće studije kako bi se ispitali međusobni odnosi parametara okoliša s acidobakterijama i pojedinačnim populacijama unutar podskupina [56].

3.2.4. Firmicutes. Četvrti najveći tip bio je Firmicutes, dodijeljen u 973 sekvence i 540 OTU sa Simpsonovim indeksom raznolikosti od 0,0041 (Slika 6). Kao saprofitski mikrobi, poznato je da neki članovi Firmicutes proizvode endospore u stresnim uvjetima okoliša kao što su međuplimni sedimenti [34], izrazito alkalna (pH > 12) izgrađena močvara [42].

Ukupno je oko 45% sekvenci Firmicutes svrstalo u klasu Clostridia, a gotovo 36% u klasu Bacilli. Clostridia (sulfite-reducirajuća bakterija) je anaerobna i visokopolifiletska bakterija, dok Bacilli mogu biti obvezni aerobi ili fakultativni anaerobi. Postojala je duga evidencija dokaza koji upućuju na to da su obojica bili obilni svojti u kanalizacijskom mulju [57]. Neke od njih pokazuju veliku sposobnost razgradnje ugljikovodika u sirovom naftom kontaminiranom močvarnom ultisolu [6]. Unutar klase Bacilli, dva su primarna roda bili Bacillus i Pasteuria, koji predstavljaju 107 odnosno 98 sekvenci. Dok je u Clostridiji, rod Stricto bio je najzastupljeniji rod, sa 56 sekvenci.

Klasa Negativicutes predstavljala je 178 sekvenci. Rod Succinispira predstavljao je preko 70% sekvenci u Negativicutes.Rod Succinispira, najzastupljeniji rod u Firmicutes, bio je sposoban dekarboksilirati sukcinat u anaerobnim uvjetima. Razred Erysipelotrichia predstavljao je samo tri sekvence.

3.2.5. aktinobakterije. Kao peti tip u izobilju, Actinobacteria je predstavljala 783 sekvence, grupirane u 418 OTU, sa Simpsonovim indeksom raznolikosti od 0,0054. Sve sekvence Acidobacteria svrstane su u klasu Actinobacteria i preko 66% njih pripadalo je redu Actinomycetales (slika 7). Aktinobakterije mogu biti kopnene ili vodene, te igraju važnu ulogu u razgradnji organskih materijala. Iako se prvenstveno shvaćene kao bakterije u tlu, možda ih ima više u slatkim vodama [10,57].

Mycobacterium (103 sekvence) bio je najčešće opaženi rod u Actinobacteria. Široko je otkriven u kontaminiranom tlu ili sedimentima [51]. Neke vrste Mycobacterium bile su dominantni razgraditelji PAH-a i odigrale su važnu ulogu u razgradnji PAH-a u kontaminiranim sedimentima mangrova [7]. Sljedeći obilni rodovi bili su Aciditerrimonas, Conexibacter, Arthrobacter i Ilumatobacter. Ostatak rodova činio je manje od 5% aktinobakterijskih sekvenci.

3.2.6. Maloljetna Phyla. Uz pet gore opisanih tipova, 26 manjih tipova sa 1601 sekvencom također je opaženo na temelju skupa podataka. Od ovih manjih phyla, samo phyla Chloroflexi (2,96%), Planctomycetes (2,77%), Cyanobacteria (2,28%) i Verrucomicrobia (1,28%) predstavljale su više od 1% svih bakterijskih sekvenci i činile su više od 73% svih minor phyla sekvence (slika 1).

Neki poznati rodovi bili su zastupljeni u ovim "manjim filama". Najzastupljeniji od minor phyla, Chloroflexi, sadržavao je 372 sekvence. Članovi Chloroflexi općenito se nalaze u međuplimnim sedimentima i umjereno kiselim močvarama [11,13,34,58]. Planktomiceti su bili drugi najzastupljeniji od minor phyla, kojemu je dodijeljeno 349 sekvenci. U močvarama su otkriveni brojni rodovi Planctomycetes, za koje se nekada smatralo da se javljaju prvenstveno u vodenim okolišima [12,29]. Kao treća najrasprostranjenija mala vrsta, cijanobakterije zauzimaju širok raspon staništa na svim geografskim širinama. Rasprostranjeni su u slatkovodnim, morskim, pa čak i u najekstremnijim nišama kao što su topli izvori i hiperslane uvale [12, 59, 60]. Dokazi sugeriraju da su Verrucomicrobia rasprostranjene u okolišu i važne. Vrste Verrucomicrobia su identificirane i izolirane iz slatkovodnih i zemljišnih okoliša [61].

3.3.1. Euryarchaeota. Euryarchaeota je sadržavala 925 sekvenci, približno 53,3% arhealnih sekvenci. Grupirani su u 418 OTU-a sa Simpsonovim indeksom raznolikosti od 0,0054 (Slika 8). Većina (70,9%) sekvenci Euryarchaeota pripisana je metanogenoj klasi Methanomicrobia (656 sekvenci). Klasa Thermoplasmata sadržavala je 132 sekvence, dok je klasa Methanobacteria obuhvaćala 75 sekvenci. Samo 59 sekvenci je klasificirano u klasu Halobacteria. Klase Archaeoglobi i Methanopyri predstavljale su samo 2, odnosno 1 sekvencu.

Metanomikrobija doprinosi velikom udjelu emisije metana u močvarama, bez obzira na hladno područje ili u suptropskim mjestima [19, 62]. Kao što se vidi na slici 6, najprevladavajući rod Methanomicrobia (223 sekvence) bio je Methanosaeta (bivši Methanothrix), koji je također bio drugi najzastupljeniji arhealni rod. Prijavljen je upravo kao dominantni acetoklastični metanogen u visokim arktičkim močvarama [63]. Metanogeni rodovi Methanosarcina, Methanocella, Methanolinea i Methanoregula predstavljali su gotovo 10% sekvenci Euryarchaeota. Ostalih 12 rodova bilo je predstavljeno samo malim brojem sekvenci u skupu podataka.

Najveći rod u klasi Thermoplasmata bio je Thermogymnomonas (120 sekvenci), koji je široko otkriven čak i na močvarama s niskim pH. Bio je poznat kao vrsta mikroorganizama koji oksidiraju željezo [64]. Preostalih 12 sekvenci Euryarchaeota dodijeljeno je rodu Ferroplasma, anaerobnoj i acidofilnoj arheji, koja je povezana s redukcijom feri željeza [5]. Od klase Methanobacteria postojala su dva roda, Methanobacterium i Methanosphaera, sa 57 odnosno 18 sekvenci. Oba ova roda otkrivena su u vodi i sedimentima atalasohalinog močvarnog područja na velikoj nadmorskoj visini [25]. Kao fakultativna anaerobna arheja, Halobacteria je bila uobičajena u većini sredina gdje su dostupne velike količine soli, vlage i organskog materijala [25].

3.3.2. Crenarchaeota. Crenarchaeota je posjedovala manje obilne sekvence od Euryarchaeota u skupu podataka, s 810 sekvenci. Raznolikost Crenarchaeota bila je manja, sa samo 197 generiranih OTU-a i Simpsonovim indeksom raznolikosti od 0,0443. Sugerira da je Crenarchaeota više povezana s aerobnim metabolizmom u vodi i površinskom sedimentu [65].

Sve sekvence Crenarchaeota dodijeljene su klasi Thermoprotei (slika 9). Prema izvješćima, klasa Thermoprotei dominirala je u archaeal phyla u Pacifiku koja je utjecala na sedimente, dok je Methanomicrobia nastanjena u atlantskim sedimentima koja je sadržavala metan [58]. Unutar razreda 258 sekvenci je svrstano u rodove Fervidicoccus. Fervidicoccus je bio najzastupljeniji rod u arhealima i bio je široko kultiviran i karakteriziran. Sljedeći brojni rodovi u ovoj vrsti bili su Thermofilum (19,5%), Caldisphaera (13,3%) i Stetteria (11,5%). Slijedovi ostalih rodova bili su manji od 10%.

3.4. Procjene raznolikosti. Za sve bakterijske skupine, ACE vrijednost bogatstva bila je najveća, dok je većina odgovarajućih procjena razrjeđivanja bila najniža (Tablica 1.). Slično s procjenama razrjeđivanja, ACE i Chao1 procjenjuju maksimalno bogatstvo vrsta za OUT definiciju. Međutim, procjene bogatstva izvedene iz krivulja razrjeđivanja manje su se razlikovale od Chao1 procjene, u usporedbi s onima iz ACE procjena. Procjene bogatstva izvedene iz ACE-a uvelike su se razlikovale (72

120%) za Bacteria, Proteobacteria, Acidobacteria, Firmicutes i Actinobacteria, dok su se odgovarajuće procjene za Bacteroidetes, Archaea, Euryarchaeota i Crenarchaeota razlikovale manje od 70%.

Sadašnji rezultati pokazali su da je pokrivenost mikrobne raznolikosti u močvarama i dalje prilično niska. Analiza razrjeđivanja bakterija pokazala je da je samo uzorkovanje na razini tipa (0,20 filogenetske udaljenosti) počelo dosezati horizontalni plato. Drugo uzorkovanje u taksonomskom rangu i dalje je bilo prema gore (Slika 10. i Tablica 2.). Na razini vrste (0,03 filogenetske udaljenosti) otkriveno je samo 41% očekivane raznolikosti. Procjene trenutne pokrivenosti sugeriraju da je broj bakterija bio manji od onog kod Actinobacteria, Bacteroidetes i Firmicutes, veći nego kod Acidobacteria. Stopa pokrivenosti proteobakterijama bila je slična onoj za bakterije. Za arheje, pokrivenost raznolikosti bila je veća od bakterija, ali još uvijek niska u usporedbi s procijenjenim bogatstvom. Bilo je oko 59% očekivane raznolikosti otkrivene na razini vrsta. Procjene trenutne pokrivenosti Euryarchaeota i Crenarchaeota bile su mnogo veće od onih za Archaea. Kao rezultat analize razrjeđivanja i statistike raznolikosti, bilo je očito da je poznata bakterijska i arhealna raznolikost u močvarama nepotpuna ispod razine tipa. Ipak, globalna mikrobna raznolikost u močvarama otkrivena u ovoj studiji mogla je poslužiti kao okvir za buduća istraživanja alfa i beta raznolikosti. Točnije, prikupljeni skup podataka o sekvenci mogao bi pomoći u otkrivanju i kvantificiranju specifičnih skupina bakterija ili arheja na razini nukleotida. Osim toga, ove studije će uvelike unaprijediti ekologiju pojedinačne mikrobije prikupljene u skupu podataka.

Osigurana je dovoljna pokrivenost i dubina za istraživanje pojedinačnog uzorka ili usporedbu više uzoraka putem multipleksiranja, uz razvoj tehnologije sekvenciranja druge generacije. Štoviše, novi skup podataka o sekvencama mogao bi se dodati kompozitnim skupovima podataka analiziranim u ovoj studiji kako bi se povećalo naše znanje o raznolikosti ovog ekosustava. Znanje o raznolikosti može osvijetliti razumijevanje mikrobioma močvara i definirati značaj pojedinačnih mikroba. Također je pogodan za kontinuirano praćenje sukcesijskih varijacija raznolikosti močvara. Međutim, beta raznolikost teško je bila određena jer većina studija nije mogla sadržavati velike skupove podataka niza i detaljne informacije s istim metodologijama i kriterijima za podnošenje sekvenci. Grupa jezgre definirana je nakon analize sedam općinskih digestora mulja [66]. Iako se različiti mikrobiomi vjerojatno biraju u jedinstvenom okruženju, samo mali broj "core OTU-a" može se pronaći među velikim brojem identificiranih OTU-a. Sustavne studije koje ispituju dizajne više močvara s velikom dubinom pokrivenosti trebale bi pomoći u daljnjem definiranju "jezgrenih mikrobioma" u močvarama.

Sada kada analiza sekvenci gena 16S rRNA može pružiti uvid u funkcionalnu raznolikost močvara, metaboličke funkcije organizama postaju sve više zabrinute. Za dobro razumijevanje metaboličkih kapaciteta ovih organizama, treba češće koristiti tehnike metagenomskih studija kao što su SIP i MAR-FISH. Također su potrebne studije temeljene na uzgoju kako bi se definirale funkcije neobilježenih vrsta bakterija i arheja u močvarama.

Sadašnjim skupom podataka generiranim iz GenBank i RDP baza podataka uvelike su dominirale Proteobacteria. Otprilike 40% sekvenci i OTU-a pripadalo je Proteobakterijama. Naši rezultati su pokazali da je (1) gotovo 56% arhealne i 45% raznolikosti bakterijskih vrsta u močvarnim područjima zabilježeno (2) sekvence iz bakterijske vrste Proteobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Firmicutes, Actinobacteria i archaeal klase. dobro predstavljeni dostupnim sekvencama i odgovarajući mikroorganizmi vjerojatno su bili važni sudionici u močvarnim okolišima (3) globalna raznolikost sadrži brojne skupine za koje nije postojao bliski kultivirani predstavnik, posebno većinu sekvenci pripisanih phyla Chloroflexi i Bacteroidetes. Stoga bi buduće studije trebale koristiti višestruke pristupe za karakterizaciju mikrobne raznolikosti i njezine funkcije u močvarama.

Autori izjavljuju da ne postoji sukob interesa u vezi s objavljivanjem ovog rada.

Xiaofei Lv, Junbao Yu i Yuqin Fu podjednako su doprinijeli ovom radu.

Autori se žele zahvaliti Projektu nacionalnog znanstvenog i tehnološkog stupa programa u razdoblju "12. pet godina" (2011BAC02B01), Nacionalnoj zakladi za prirodoslovlje za istaknute mlade znanstvenike provincije Shandong (br. JQ201114), Nacionalnoj znanstvenoj zakladi Kine ( 41301333) i CAS/SAFEA međunarodnog partnerskog programa za kreativne istraživačke timove "Reprezentativni ekološki procesi i učinci resursa u obalnom području". Također bi željeli zahvaliti Ekološkoj eksperimentalnoj stanici močvarnog područja delte Žute rijeke, CAS, za pružanje eksperimentalnog i stambenog mjesta za ovu studiju.

[1] R. Costanza, R. d'Arge, R. de Groot i sur. et al., "Vrijednost svjetskih usluga ekosustava i prirodnog kapitala", Nature, sv. 387, br. 6630, str. 253-260, 1997

[2] A. D. Jungblut, S. A. Wood, I. Hawes, J. Webster-Brown i C. Harris, "The pyramid trough wetland: okolišna i biološka raznolikost u novostvorenom zaštićenom području Antarktika", FEMS Microbiology Ecology, vol. 82, br. 2, str. 356-366, 2012.

[3] R. N. van den Heuvel, E. van der Biezen, M. S. M. Jetten, M. M. Hefting i B. Kartal, "Denitrifikacija pri pH 4 od strane zajednice u kojoj dominiraju Rhodanobacter iz tla," Environmental Microbiology, vol. 12, br. 12, str. 3264-3271, 2010.

[4] S. Lenk, J. Arnds, K. Zerjatke, N. Musat, R. Amann i M. Mufimann, "Nove grupe gamaproteobakterija kataliziraju oksidaciju sumpora i fiksaciju ugljika u obalnom, međuplimnom sedimentu," Environmental Microbiology, vol. 13, br. 3, str. 758774, 2011.

[5] N. B. Justice, C. Pan, R. Mueller i sur. et al., "Heterotrofne arheje doprinose kruženju ugljika u zajednicama s niskim pH, suboksičnim biofilmom," Applied and Environmental Microbiology, vol. 78, br. 23, str. 8321-8330, 2012.

[6] R. C. John, A. Y. Itah, J. P. Essien i D. I. Ikpe, "Sudbina bakterija koje fiksiraju dušik u močvarnom ultisolu kontaminiranom sirovom naftom", Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, vol. 87, br. 3, str. 343-353, 2011.

[7] C. Guo, L. Ke, Z. Dang i N. F. Tam, "Vremenske promjene u populaciji Sphingomonas i Mycobacterium u sedimentima mangrova kontaminiranim različitim koncentracijama policikličkih aromatskih ugljikovodika (PAH)," Marine Pollution Bulletin, sv. 62, br. 1, str. 133-139, 2011.

[8] B. Hu, L. Shen, X. Lian i sur. et al., "Dokazi za anaerobnu oksidaciju metana ovisnu o nitritima kao prethodno zanemareni mikrobni ponor metana u močvarama", Proceedings of the National Academy of Science, sv. 111, str. 4495-4500, 2014.

[9] H. M. Siljanen, A. Saari, L. Bodrossy i P. J. Martikainen, "Učinci opterećenja dušikom na funkciju i raznolikost metanotrofa u litoralnom močvarnom području borealnog jezera", Frontiers in Microbiology, sv. 3, str. 39, 2012.

[10] R. M. Peralta, C. Ahn i P. M. Gillevet, "Karakterizacija strukture bakterijske zajednice tla i fizikalno-kemijskih svojstava u stvorenim i prirodnim močvarama", Science of the Total Environment, sv. 443, str. 725-732, 2012.

[11] R. C. Wilhelm, T D. Niederberger, C. Greer i L. G. Whyte, "Mikrobna raznolikost aktivnog sloja i permafrosta u kiselom močvarnom području iz kanadskog visokog arktika", Canadian Journal of Microbiology, vol. 57, br. 4, str. 303-315, 2011.

[12] R. Prasanna, L. Nain, A. K. Pandey i A. K. Saxena, "Microbial diversity and multidimenzional interakcije u ekosustavu riže", Archives of Agronomy and Soil Science, vol. 58, br. 7, str. 723-744, 2012.

[13] ME Farias, M. Contreras, MC Rasuk et al., "Karakterizacija bakterijske raznolikosti povezane s mikrobnim prostirkama, evaporitima gipsa i karbonatnim mikrobijalitima u talasskim močvarama: tebenquiche i La Brava, Salar de Atacama, Čile," Extremophiles, vol. . 18, br. 2, str. 311-329, 2014.

[14] Y. F. Wang i J. D. Gu, "Veća raznolikost prokariota koji oksidiraju amonijak/amonij u izgrađenim slatkovodnim močvarama od prirodnih obalnih morskih močvara", Primijenjena mikrobiologija i biotehnologija, sv. 97, br. 15, str. 7015-7033, 2013.

[15] H. Schmidt i T. Eickhorst, "Prostorno-vremenska varijabilnost obilja mikroba i strukture zajednice u lokvičastom sloju rižinog tla obrađenog močvarnom rižom (Oryza sativa L.)," Applied Soil Ecology, sv. 72, str. 93-102, 2013.

[16] C. J. Decker i R. Parker, "Analiza dvolančane RNA iz mikrobnih zajednica identificira dvolančane RNA virusne elemente", Cell Reports, vol. 7, br. 3, str. 898-906, 2014.

[17] M. Bouali, E. Pelletier, S. Chaussonnerie, D. le Paslier, A. Bakhrouf i A. Sghir, "Karakterizacija prokariotske raznolikosti rizosfere u močvarnom području izgrađenom u horizontalnom podzemnom toku korištenjem pristupa koji se temelji na PCR kloniranju i sekvenciranju ," Primijenjena mikrobiologija i biotehnologija, sv. 97, br. 9, str. 42214231, 2013.

[18] P Vladar, A. Rusznyak, K. Marialigeti i AK Borsodi, "Raznolikost bakterija koje reduciraju sulfate koje nastanjuju rizosferu Phragmites australis u jezeru Velencei (Mađarska) otkrivena kombiniranim pristupom temeljenim na uzgoju i molekularnom", Microbial Ekologija, sv. 56, br. 1, str. 64-75, 2008.

[19] G. Zhang, J. Tian, ​​N. Jiang, X. Guo, Y. Wang i X. Dong, "Zajednica metanogena u močvarnom području Zoige Tibetanske visoravni i fenotipska karakterizacija dominantnog nekulturnog klastera metanogena ZC-I, " Mikrobiologija okoliša, sv. 10, br. 7, s. 1850-1860, 2008.

[20] S. Kato, T. Itoh i A. Yamagishi, "Arhealna raznolikost u kopnenom kiselom proljetnom polju otkrivena novim PCR primerom koji cilja arhealne 16S rRNA gene", FEMS Microbiology Letters, vol. 319, br. 1, str. 34-43, 2011.

[21] J. Tang, X. Ding, L. Wang i sur., "Učinci degradacije močvara na bakterijsku zajednicu u močvarnom području Zoige na QinghaiTibetanskoj visoravni (Kina)," World Journal of Microbiology and Biotechnology, vol. 28, br. 2, str. 649-657, 2012.

[22] Z.-Y. Wang, Y.-Z. Xin, D.-M. Gao, F.-M. Li, J. Morgan i B.S. Xing, "Obilježja mikrobne zajednice u degradiranom močvarnom području delte žute rijeke", Pedosphere, sv. 20, br. 4, str. 466-478, 2010.

[23] B. Ma, X. Lv, A. Warren i J. Gong, "Pomaci u raznolikosti i strukturi zajednice endofitskih bakterija i arheja preko tkiva korijena, stabljike i lista u običnoj trstici, Phragmites australis, duž gradijenta slanosti u morskom plimnom močvarnom području sjeverne Kine," Antonie van Leeuwenhoek International Journal of General and Molecular Microbiology, vol. 104, str. 759-768, 2013.

[24] J. Yun, G. Zhuang, A. Ma, H. Guo, Y. Wang i H. Zhang, "Struktura zajednice, brojnost i aktivnost metanotrofa u močvarnom području Zoige na Tibetanskoj visoravni," Mikrobna ekologija , sv. 63, br. 4, str. 835-843, 2012.

[25] C. Dorador, I. Vila, F. Remonsellez, J. F. Imhoff i K.-P. Witzel, "Jedinstvene nakupine Archaea u Salar de Huasco, an

athalassohaline evaporitski bazen čileanskog Altiplana," FEMS Microbiology Ecology, vol. 73, br. 2, str. 291-302, 2010.

[26] Y. F. Wang, Y. Y. Feng, X. J. Ma i J. D. Gu, "Sezonska dinamika prokariota koji oksidiraju amonijak/amonij u oksičnim i anoksičnim močvarnim sedimentima suptropskih obalnih mangrova", Primijenjena mikrobiologija i biotehnologija, sv. 97, br. 17, str. 79197934, 2013.

[27] AF Scavino, Y. Ji, J. Pump, M. Klose, P Claus i R. Conrad, "Struktura i funkcija metanogenih mikrobnih zajednica u urugvajskim tlima pomaknuta između pašnjaka i navodnjavanih rižinih polja", Environmental Microbiology, vol. 15, br. 9, str. 2588-2602, 2013.

[28] C. Dorador, I. Vila, K. P Witzel i J. F. Imhoff, "Bakterijska i arheološka raznolikost u močvarama velikih visina čileanskog Altiplana", Fundamental and Applied Limnology, sv. 182, br. 2, str. 135-159, 2013.

[29] M. A. Khan, "Ekološka kontaminacija močvarnih voda Hokersar u dolini Kashmir Himalayan, Indija," Journal of Environmental Science and Engineering, vol. 52, br. 2, str. 157162, 2010.

[30] B. A. Frank-Fahle, E. Yergeau, C. W. Greer, H. Lantuit i D. Wagner, "Mikrobni funkcionalni potencijal i sastav zajednice u tlima zahvaćenim permafrostom na sjeverozapadnom kanadskom Arktiku", Plos ONE, sv. 9, br. 1, ID članka e84761, 2014.

[31] S. S. Domingos, S. Dallas, L. Skillman, S.Felstead, i G. Ho, "Uklanjanje dušika i bakterije koje oksidiraju amonijak u močvarnom području s vertikalnim protokom koje tretira anorgansku otpadnu vodu", Water Science and Technology, vol. 64, br. 3, str. 587-594, 2011.

[32] Y. Lin, J. Yin, J. Wang i W. Tian, ​​"Performanse i mikrobna zajednica u hibridnom anaerobnom reaktoru izgrađenom u močvarnom području za otpadnu vodu nitrobenzena", Bioresource Technology, vol. 118, str. 128-135, 2012.

[33] Y. Yu, H. Wang, J. Liu i sur., "Pomaci u funkciji i strukturi mikrobne zajednice duž sukcesijskog gradijenta obalnih močvara u estuariju Žute rijeke", European Journal of Soil Biology, vol. 49, str. 12-21, 2012.

[34] Y. Wang H Sheng, Y. He, J. Wu, Y. Jiang, N. Tam i H. Zhou, "Usporedba razina raznolikosti bakterija u slatkovodnim, međuplimnim močvarama i morskim sedimentima korištenjem milijuna of illumina tags," Applied and Environmental Microbiology, vol. 78, br. 23, str. 8264-8271, 2012.

[35] E. Yergeau, JR Lawrence, S. Sanschagrin, MJ Waiser, DR Korber i CW Greer, "Slijed sljedeće generacije mikrobnih zajednica u rijeci Athabasca i njezinim pritokama u vezi s rudarskim aktivnostima naftnog pijeska", Primijenjeno i Mikrobiologija okoliša, sv. 78, br. 21, str. 7626-7637, 2012.

[36] T. Lassmann i E. L. L. Sonnhammer, "Kalign - točan i brz algoritam za poravnavanje višestrukih sekvenci", BMC Bioinformatics, sv. 6, članak 298, 2005.

[37] J. R. Cole, B. Chai, R. J. Farris i sur., "Projekt baze podataka ribosoma (RDP-II): sekvence i alati za analizu rRNA visoke propusnosti", Nucleic Acids Research, vol. 33, str. D294-D296, 2005.

[38] D. L. Cohen i R. R. Townsend, "Postoji li dodana vrijednost dodavanju ARB-a ACE inhibitorima u liječenju CKD?" Journal of the American Society of Nephrology, sv. 20, br. 8, str. 1666-1668, 2009.

[39] P D. Schloss, S. L. Westcott, T. Ryabin i dr., "Predstavljanje mothura: softver otvorenog koda, neovisan o platformi, podržan od zajednice softver za opisivanje i usporedbu mikrobnih zajednica," Applied and Environmental Microbiology, vol. 75, br. 23, str. 7537-7541, 2009.

[40] B. Ma i J. Gong, "Meta-analiza javno dostupne raznolikosti bakterijskih i arhealnih sekvenci u slanim tlima", World Journal of Microbiology & Biotechnology, vol. 29, br. 12, str. 2325-2334, 2013.

[41] M. C. Nelson, M. Morrison i Z. Yu, "Meta-analiza mikrobne raznolikosti uočene u anaerobnim digestorima," Bioresource Technology, vol. 102, br. 4, str. 3730-3739, 2011.

[42] G. S. Roadcap, R. A. Sanford, Q. Jin, J. R. Pardinas i C. M. Bethke, "Izuzetno alkalna (pH > 12) podzemna voda ugošćuje raznoliku mikrobnu zajednicu", Ground Water, vol. 44, br. 4, str. 511-517, 2006.

[43] H. F. dos Santos, J. C. Cury, F. L. do Carmo i sur., "Bakterijska raznolikost mangrove i utjecaj kontaminacije uljem otkriven pirosekvencijom: bakterijski proxiji za onečišćenje uljem", PLoS ONE, sv. 6, br. 3, ID članka e16943, 2011.

[44] G. Imfeld, C. E. Aragones, I. Fetzer i sur., "Karakterizacija mikrobnih zajednica u vodenoj fazi konstruiranog modela močvare koja tretira podzemne vode kontaminirane 1,2-dikloretenom", FEMS Microbiology Ecology, vol. 72, br. 1, str. 74-88, 2010.

[45] M. Miletto, A. Loy, A. M. Antheunisse, R. Loeb, P. L. E. Bodelier i H. J. Laanbroek, "Biogeography of sulfate-reducing prokayotes in river floodplains," FEMS Microbiology Ecology, vol. 64, br. 3, str. 395-406, 2008.

[46] Y. H. Li, J. N. Zhu, Z. H. Zhai i Q. Zhang, "Endofitska bakterijska raznolikost u korijenima Phragmites australis u izgrađenom močvarnom području Pekinga Cuihu (Kina)," FEMS Microbiology Letters, vol. 309, br. 1, str. 84-93, 2010.

[47] R. A. Sanford, D. D. Wagner, Q. Wu i sur., "Neočekivana raznolikost gena za redukciju dušikovog oksida bez denitrifikatora i obilje u tlima," Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 109, br. 48, s. 19709-19714, 2012.

[48] ​​K. Mori, K.-I. Suzuki, T. Urabe i sur., "Thioprofundum hispidum sp. nov., obavezno kemolitoautotrofna gamaproteobakterija koja oksidira sumpor izolirana iz hidrotermalnog polja na podmorju Suiyo, i prijedlog Thioalkalispiraceae fam. nov., u redu" International Journal of Chromatiales. Sustavna i evolucijska mikrobiologija, sv. 61, dio 10, str. 24122418, 2011.

[49] J. Wu, J. Zhang, W.-L. Jia, H.-J. Xie i R. R. Gu, "Tokovi dušikovog oksida izgrađenih močvara za pročišćavanje otpadnih voda iz kanalizacije", Huan JingKeXue, sv. 30, br. 11, str. 3146-3151, 2009.

[50] A. Tietz, R. Hornek, G. Langergraber, N. Kreuzinger i R. Haberi, "Različitost bakterija koje oksidiraju amonijak u močvarnom području s vertikalnim protokom," Znanost o vodi i tehnologija, sv. 56, br. 3, str. 241-247, 2007.

[51] C.-H. Li, H.-W. Zhou, Y.-S. Wong i N. F.-Y. Tam, "Okomita distribucija i anaerobna biorazgradnja policikličkih aromatskih ugljikovodika u sedimentima mangrova u Hong Kongu, Južna Kina", Science of the Total Environment, sv. 407, br. 21, str. 5772-5779, 2009.

[52] M. Liu, Y. H. Li, Y. Liu i sur., "Flavobacterium phragmitis sp. nov., endofit trske (Phragmites australis)", Međunarodni časopis za sustavnu i evolucijsku mikrobiologiju, sv. 61, dio 11, s. 2717-2721, 2011.

[53] Y.-P. Xiao, W. Hui, J.-S. Lee, K. C. Lee i Z.-X. Quan, "Flavobacterium dongtanense sp. nov., izoliran iz rizosfere močvarne trske," International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, vol. 61, dio 2, str. 343-346,2011.

[54] X. Dong i G. B. Reddy, "Uklanjanje nutrijenata i bakterijske zajednice u laguni otpadnih voda svinja i izgrađenim močvarama," Journal of Environmental Science and Health A: Toxic/ Hazardous Substances and Environmental Engineering, vol. 45, br. 12, str. 1526-1535, 2010.

[55] G. Jin i T. R. Kelley, "Karakterizacija mikrobnih zajednica u pilot-razmjerima izgrađenim močvarama korištenjem PLFA i PCRDGGE analiza," Journal of Environmental Science and Health A: Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering, vol. 42, br. 11, str. 1639-1647, 2007

[56] A. Naether, B. U. Foesel, V. Naegele i sur., "Čimbenici okoliša utječu na acidobakterijske zajednice ispod razine podskupine u travnjacima i šumskim tlima", Applied and Environmental Microbiology, vol. 78, br. 20, str. 7398-7406, 2012.

[57] G. Zhang, Q. Zhao, Y. Jiao, K. Wang, D.-J. Lee i N. Ren, "Učinkovita proizvodnja električne energije iz kanalizacijskog mulja korištenjem biokatodnih mikrobnih gorivnih ćelija", Water Research, vol. 46, br. 1, str. 43-52, 2012.

[58] L. J. Hamdan, R. B. Coffin, M. Sikaroodi, J. Greinert, T. Treude i P. M. Gillevet, "Oceanske struje oblikuju mikrobiom arktičkih morskih sedimenata", ISME Journal, vol. 7, br. 4, str. 685696, 2012.

[59] O. Choi, A. Das, C.-P. Yu, i Z. Hu, "Nitrificiranje inhibicije rasta bakterija u prisutnosti algi i cijanobakterija", Biotechnology and Bioengineering, sv. 107, br. 6, str. 1004-1011, 2010.

[60] A. Barberan i E. O. Casamayor, "Globalna filogenetska struktura zajednice i obrasci [beta]-raznolikosti u površinskim metazajednicama bakterioplanktona," Aquatic Microbial Ecology, vol. 59, br. 1, str. 1-10, 2010.

[61] K. Yu i T. Zhang, "Metagenomska i metatranskriptomska analiza strukture mikrobne zajednice i ekspresije gena aktivnog mulja", Plos ONE, sv. 7, br. 5, ID članka e38183, 2012.

[62] M. Utsumi, S. E. Belova, G. M. King i H. Uchiyama, "Filogenetička usporedba raznolikosti metanogena u različitim močvarnim tlima", Journal of General and Applied Microbiology, vol. 49, br. 2, str. 75-83, 2003.

[63] L. Hoj, R. A. Olsen i V. L. Torsvik, "Arhealne zajednice u močvarama visokog Arktika u Spitsbergenu, Norveška (78°N) koje karakterizira otisak prsta gena 16S rRNA", FEMS Microbiology Ecology, vol. 53, br. 1, str. 89-101, 2005.

[64] E. Gonzalez-Toril, A. Aguilera, V. Souza-Egipsy, EL Pamo, JS Espana i R. Amils, "Geomikrobiologija kiselih efluenta rudnika La Zarza-Perrunal (Iberijski piritski pojas, Španjolska)," Primijenjeno i Mikrobiologija okoliša, sv. 77, br. 8, str. 2685-2694, 2011.

[65] K. C. Costa, J. B. Navarro, E. L. Shock, C. L. Zhang, D. Soukup i B. P. Hedlund, "Microbiology and geochemistry of great kipiling and mud hot springs in the United States Great Basin", Extremophiles, vol. 13, br. 3, str. 447-459, 2009.

[66] D. Riviere, V. Desvignes, E. Pelletier i sur., "Prema definiciji jezgre mikroorganizama uključenih u anaerobnu digestiju mulja", ISME Journal, sv. 3, br. 6, str. 700-714, 2009.

Xiaofei Lv, (1,2) Junbao Yu, (1) Yuqin Fu, (1,2) Bin Ma, (1) Fanzhu Qu, (1) Kai Ning, (1,2) i Huifeng Wu (1)

(1) Ključni laboratorij za okolišne procese u obalnim zonama i ekološku sanaciju, Yantai Institute of Coastal Zone Research (YIC), Kineska akademija znanosti (CAS), Shandong Provincial Key Laboratory of Coastal Zone Environmental Process, YICCAS, Yantai 264003, Kina

(2) Sveučilište Kineske akademije znanosti, Peking 100049, Kina

Korespondenciju treba uputiti na Junbao Yu [email protected]

Primljeno 22. veljače 2014. Revidirano 10. travnja 2014. Prihvaćeno 24. travnja 2014. Objavljeno 28. svibnja 2014.


Prema sustavnom razumijevanju razlika između arhealne i bakterijske raznolikosti

U ovoj kristalnoj kugli raspravljamo o novonastalim metodologijama koje mogu pomoći u postizanju sinteze o biološkoj raznolikosti arheja i bakterija i na taj način informirati o središnjoj enigmi u mikrobiologiji, tj. o temeljnom podjelu između ovih primarnih domena života i očito niže raznolikosti arheja.

Ljudi su se dugo čudili raznolikosti oblika života koji naseljavaju Zemlju. Taj osjećaj estetike života zajedno s nadolazećom potrebom za upravljanjem i očuvanjem bioloških resursa i usluga ekosustava jedna je od pokretačkih snaga koja neprestano gura naprijed istraživanje biološke raznolikosti života. Ipak, unatoč stalnim naporima da se opisuju i kategoriziraju oblici života, potpuni popis svih postojećih svojti i sveobuhvatna i sustavna sinteza koja integrira višestruke aspekte bioraznolikosti još je daleko ispred. Nevidljivo područje mikroorganizama čini najveći i najmanje istražen rezervoar biološke raznolikosti i široko je poznato da bakterije predstavljaju iznimno raznoliku skupinu organizama. Nasuprot tome, arheje, koje čine zasebnu domenu života različitu od bakterija i eukarije, opisane su tek prije četiri desetljeća i pretpostavlja se da obuhvaćaju mnogo manje svojti, od kojih se u početku smatralo da imaju samo manje uloge u globalnim biogeokemijskim ciklusima. . Ovo gledište proizašlo je iz ranih otkrića, koja su opisivala arhealne organizme koji uspijevaju u okolinama koje karakteriziraju ekstremne temperature, soli ili pH režimi. Korištenje pristupa neovisnih o uzgoju, ponajprije meta- i genomike jedne stanice, nedavno je otvorilo prozor u skriveni svijet mikroorganizama i značajno proširilo broj poznatih arhealnih i bakterijskih svojti, otkrivajući nove loze visokog taksonomskog ranga koje su široko rasprostranjen u cijeloj biosferi (Adam et al., 2017. Spang et al., 2017. Castelle i Banfield, 2018.). Ipak, unatoč ogromnom napretku u uzorkovanju bakterijskih i arhealnih genoma, čini se da su arhealne svojte još uvijek brojčano nadjačane od bakterijskih kolega, iako se procjene razlikuju (Hug et al., 2016 Parkovi et al., 2018.). To otvara niz temeljnih pitanja, koja se moraju pažljivo pozabaviti jer raznolikost arheja i bakterija ima duboke veze s njihovom ekologijom i načinom evolucije, a uzorkovanje mikrobne raznolikosti je ključno za otkrivanje najdubljih prijelaza u evoluciji života na Zemlji.

Koliko su točne procjene arhealnog i bakterijskog taksonomskog bogatstva i koliko raznolikosti još uvijek prkosi otkriću? Je li neusklađenost uočene bioraznolikosti između arheja i bakterija samo rezultat evolucijske kontingencije ili postoji determinističko objašnjenje? Na primjer, imaju li arheje kasno podrijetlo unutar bakterija, što sugerira da su bakterije imale više vremena da se razviju i diverzificiraju? Ili su arheje karakterizirane različitom evolutivnošću, na pr. doživljavaju li različite prosječne stope mutacija, supstitucija, rekombinacija i horizontalnog prijenosa gena? Alternativno, jesu li temeljne osobine kao što je različit stupanj prilagodbe na kronični energetski stres (Valentine, 2007.) primordijalnih arheja i bakterija rezultirale diferencijacijom niša prema dvije različite kategorije okoliša? Konačno, može se zapitati, ostvaruje li biosfera manje niša u kojima arhealni organizmi imaju konkurentsku prednost.

Želimo iskoristiti ovu priliku da pogledamo kristalnu kuglu za raspravu o metodologijama koje mogu pomoći u postizanju sinteze o biološkoj raznolikosti arheja i bakterija i na taj način informirati o ovim pitanjima. Nadalje, ističemo neke središnje spoznaje koje bi mogle proizaći iz takve sinteze.

Nedavno se predviđa da će ukupan broj arhealnih i bakterijskih vrsta (definiranih kao skupine 16S amplikona koji dijele 97% identiteta sekvence) biti reda veličine 1 bilijun, od kojih je manje od 107 dosad katalogizirano (Locey i Lennon, 2016.). Iako ova procjena pruža snažnu poruku u smislu uobičajenosti i rijetkosti 16S filotipova, nejasno je koliko dobro odražava taksonomsko bogatstvo arheja i bakterija i u kojoj mjeri predstavlja njihovu genetsku raznolikost. Svakako, korištenje istraživanja gena 16S rRNA na temelju PCR-a često rezultira pristranom slikom mikrobne raznolikosti u uzorku, kao što je, na primjer, otkriveno kroz pristupe neovisne o početnicima. Stoga, iako se upotreba istraživanja temeljenih na 16S amplikonima još uvijek uobičajeno primjenjuje za procjenu mikrobne raznolikosti, uspjesi pristupa neovisnih o PCR-u zagovara njihovo široko prihvaćanje. Međutim, nekoliko izazova još uvijek stoji na putu potpunog pomaka u metodologiji, osobito ako sekvenciranje metagenoma preuzme istraživanje 16S amplikona. Na primjer, integriranje bogatstva dostupnih genomskih podataka ovisit će o uspostavi poboljšane računalne infrastrukture, koja omogućuje centraliziranu pohranu podataka i koherentnu analizu podataka (Koonin, 2018.). Nadalje, ostaje dokazati da se obnavljanje sekvence genoma rijetkih mikroorganizama može rutinski postići. Ipak, uvjereni smo da će u nadolazećim godinama doći do daljnjeg razvoja i standardizacije metagenomike i genomike jedne stanice uz pomoć uvođenja novih protokola za pripremu knjižnice, tehnologija sekvenciranja te bioinformatičkih alata i resursa. Očekujemo nastavak otkrića novih arhealnih i bakterijskih svojti, ali se također pitamo hoće li šire taksonomske skupine kao što je CPR (Brown et al., 2015.), DPANN (Rinke et al., 2013. Castelle et al., 2015.) i Asgardske arheje (Spang et al., 2015. Zaremba-Niedzwiedzka et al., 2017.) još uvijek čekaju otkriće.

Osim uzorkovanja sekvenci genoma bakterija i arhea, procjena i uspoređivanje taksonomskog bogatstva arheja i bakterija u konačnici ovisi o korištenju normaliziranih taksonomskih rangova i razriješene filogenije koja na odgovarajući način rekonstruira evolucijsku povijest bakterija i arhea. Na primjer, većina taksonomija u uobičajenoj upotrebi uglavnom je nestandardizirana: npr. različiti rodovi mogu predstavljati neekvivalentne kategorije organizama, koje treba dodijeliti različitim rangovima. Međutim, nedavno je predložena nova standardizirana taksonomija za bakterije, koja je uzela u obzir različite stupnjeve evolucijske divergencije različitih svojti za dodjelu rangova (Parks et al., 2018.). Ova taksonomija uspostavila je 111 tipova uključujući 9911 vrsta na temelju 94.759 genoma, od kojih je 58% imalo promjenu u postojećoj taksonomiji (Parks et al., 2018.). Za usporedbu, sličan pristup utvrdio je 11 tipova i 509 vrsta za arheje na temelju 2075 genoma (http://gtdb.ecogenomic.org/). Iako ovaj pristup zasigurno predstavlja značajan korak prema adekvatnoj taksonomiji, on se oslanja na pretpostavku da su topologija, duljina grana i korijen filogenije korištene za izvođenje taksonomije točni. Nadalje, ostaje da se utvrdi jesu li taksonomski rangovi, koji su dodijeljeni na temelju odvojeno zaključenih filogenija za bakterije i arheje, usporedivi. Zaključivanje o filogeniji svih arheja i bakterija s visokom točnošću ostaje veliki izazov. Na primjer, dok su modeli evolucije proteina koji uzimaju u obzir heterogenost sastava aminokiselinskih sekvenci preko grana i mjesta već razvijeni (Blanquart i Lartillot, 2008. Heaps et al., 2014), trenutne implementacije ovih modela su računski intenzivne i mogu se primijeniti samo na relativno male skupove arhealnih i bakterijskih svojti. Predviđamo da će potreba za organiziranjem trenutnog i nadolazećeg bogatstva genomskih sekvenci i perspektive koherentne i snažno prediktivne taksonomije zajedno sa željom za razjašnjavanjem glavnih evolucijskih prijelaza potaknuti novi razvoj u filogenetici i filogenomici. To može uključivati ​​računalno učinkovitu implementaciju modela evolucije koji bolje bilježe različita ograničenja genskih i proteinskih sekvenci (Koonin i Wolf, 2010.) i razvoj novih metodologija koje integriraju horizontalne i vertikalne komponente evolucije genoma i stoga pružaju sveobuhvatan prikaz srodnosti bakterijskih i arhealnih genoma istovremeno (Dagan, 2011. Chan et al., 2013.). Također se nadamo da će to olakšati dogovore o konceptualnom okviru za standardizirano rangiranje svojti korištenjem podataka o sekvenci genoma (Konstantinidis et al., 2017 ).

Ovi će pristupi pomoći u predstavljanju i organiziranju raznolikosti arhealnih i bakterijskih svojti na temelju genetskih varijacija unutar male podskupine gena koje dijele ti organizmi (slika 1.). Međutim, definiranje biološki i ekološki kohezivnih jedinica u konačnici će zahtijevati komplementarnu upotrebu pristupa odozdo prema gore za definiranje minimalnih jedinica raznolikosti (Achtman i Wagner, 2008.). Na primjer, različite studije sugeriraju da znatna količina bioloških i ekoloških varijacija gotovo uvijek postoji unutar bilo kojeg taksona (Cordero i Polz, 2014. Larkin i Martiny, 2017.). Populacijska genomika pojavila se prije više od deset godina kao moćan pristup za identifikaciju genetski kohezivnih jedinica unutar prirodnih populacija, ali i za istraživanje događaja diverzifikacije i specijacije, kao i za proučavanje genetske osnove prilagodbe (Luikart et al., 2003. Shapiro i Polz, 2014.).Opći pristup populacijske genomike uređenju genetske raznolikosti mikroba sastoji se u usporedbi genoma blisko povezanih organizama (tj. koji imaju identične ili gotovo identične 16S rRNA gene) izvedenih iz jedne ili više populacija, nakon čega slijedi grupiranje genoma na temelju jednog nukleotida. polimorfizmi unutar zajedničkih gena (Shapiro i Polz, 2014.). To čini osnovu za daljnja istraživanja uključujući, na primjer, proučavanje odabira okoliša, obrazaca rekombinacije i ekološke diverzifikacije. Eksperimentalna evolucija (Hindre et al., 2012. Barrick i Lenski, 2013. Rainey et al., 2017.) je još jedan pristup koji se pokazao iznimno vrijednim za testiranje, odozdo prema gore, mehanizama koji pokreću diverzifikaciju i diferencijaciju niša u klonskim populacijama sustava bakterijskih modela. No, unatoč primjeni populacijske genomike kao i eksperimentalne evolucije na ograničeni broj mikrobnih svojti, genetska raznolikost mikroorganizama ostaje u velikoj mjeri neobilježena. Konkretno, samo nekoliko studija do sada se usredotočuje na dinamiku arhealne populacije (Zhang et al., 2013. Papke et al., 2015.) ili pružiti empirijske podatke o mehanizmima koji pokreću evoluciju i diversifikaciju sustava arhealnih modela (Hillesland et al., 2014.). Očekujemo da će u nadolazećim godinama doći do proširenja znanja o biologiji, genetici i evoluciji prirodnih mikrobnih populacija što će biti omogućeno sve manjim troškovima sekvenciranja. Osim toga, intenziviranje eksperimenata eksperimenata evolucije visoke propusnosti i vrlo paraleliziranih (Cottinet et al., 2016.) povećanog broja modelnih sustava kao i primjena eksperimentalne evolucije na složenije zajednice bit će od velike vrijednosti za određivanje temeljnih principa evolucije i specijacije mikrobnog genoma. I dok je detaljan opis ovih metoda izvan dosega ove kristalne kugle, vjerujemo da će holističko razumijevanje mikrobne raznolikosti također zahtijevati integraciju pristupa koji imaju za cilj sustavnu i visokopropusnu fenotipizaciju arheja i bakterija kako je zamišljeno unutar discipline fenomenike (Houle et al., 2010.). Konačno, vjerujemo da će se značajan napredak oslanjati na kolektivne napore velikog broja umreženih istraživačkih timova i razvoj interoperabilnih standarda za prikupljanje, analizu i izvješćivanje podataka kao što su na primjer primijenjeni za projekt mikrobioma Zemlje (Thompson et al., 2017 ).

Naknadna integracija znanja iz ovih komplementarnih pristupa na kraju će nas dovesti korak bliže rasvjetljavanju središnje enigme u mikrobiologiji, tj. temeljnog podjela između primarnih domena života – bakterija i arheja – i naizgled niže raznolikosti potonjih. Osjećamo privilegiju živjeti u ovoj 'eri velikih podataka' i metodoloških otkrića te se nadamo da će nadolazeće godine biti svjedoci značajnog napretka prema boljem razumijevanju raznolikosti, prirode i evolucijskih putanja arheja i bakterija.

Originalnost – izjava o značaju

U ovom članku o kristalnoj kugli ukazujemo na niz pitanja koja povezuju raznolikost arheja i bakterija s njihovom ekologijom, evolucijom i naglašavamo procese koji mogu biti uzrok njihove različitosti. Raspravljamo o novim metodološkim pristupima koji mogu pomoći uspostaviti sustavno razumijevanje arhealne i bakterijske raznolikosti.


Gledaj video: Povećajte raznolikost bakterija u crijevima Evo kako Dr#17 (Lipanj 2022).


Komentari:

  1. Mayer

    This is the lie.

  2. Jelani

    cool...bilo je zanimljivo čitati

  3. Bamard

    Čestitamo, vaše će mišljenje dobro doći

  4. Mill

    Ja se pridružujem. slažem se

  5. Rabican

    Priznajete pogrešku. Razmotrit ćemo.



Napišite poruku