Large scale exploration reveals rare taxa as key members shaping microbial assembly in alkaline lake sediments
Creators
- 1. Peking University
- 2. Peking University Shenzhen Hospital
- 3. Guangzhou Institute of Geochemistry
Description
Abstract Alkaline lakes are typical extreme environments inhabitant for a range of diverse microbial extremophiles. However, the large-scale distribution patterns, environmental adaptations, community assembly processes, and evolutionary dynamics of microbial communities, particularly those with different niches remain largely unexplored. In this study, we investigated the characteristics of microbial communities in terms of rare and abundant taxa within alkaline lake sediments in west and northwest China. We observed the community structure of abundant taxa varied significantly with geographical distance, while rare taxa remained unaffected by regional differences, supporting by the assembly process of abundant taxa influenced by diffusion limitation, a stochastic process, and rare taxa predominantly driven by heterogeneous selection as a deterministic process due to their broader environmental adaptability. Network analysis indicated that rare taxa as keystone species played a vital role in community interactions, contributing positively to community stability. From an evolutionary perspective, rare taxa were found to have higher specification and transition rate than abundant taxa, implying that rare taxa served as a genetic reservoir and potential candidates to become abundance taxa, and highlighting the crucial role of rare taxa in the maintenance of microbial diversity. These findings provide deeper insights into the dynamics of abundant and rare taxa in alkaline lake ecosystems and underscore the significant influence of rare taxa on microbial diversity and community stability, offering profound implications for ecosystem management and the conservation of biodiversity in alkaline lakes.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
البحيرات القلوية المجردة هي بيئات قاسية نموذجية يسكنها مجموعة متنوعة من الميكروبات المتطرفة. ومع ذلك، فإن أنماط التوزيع واسعة النطاق، والتكيفات البيئية، وعمليات التجمع المجتمعي، والديناميكيات التطورية للمجتمعات الميكروبية، لا سيما تلك التي لها منافذ مختلفة لا تزال غير مستكشفة إلى حد كبير. في هذه الدراسة، بحثنا في خصائص المجتمعات الميكروبية من حيث الأصناف النادرة والوفرة داخل رواسب البحيرة القلوية في غرب وشمال غرب الصين. لاحظنا أن الهيكل المجتمعي للأصناف الوفيرة يختلف اختلافًا كبيرًا مع المسافة الجغرافية، بينما ظلت الأصناف النادرة غير متأثرة بالاختلافات الإقليمية، مدعومة بعملية تجميع الأصناف الوفيرة المتأثرة بقيود الانتشار، وعملية عشوائية، وأصناف نادرة مدفوعة في الغالب بالاختيار غير المتجانس كعملية حتمية بسبب قدرتها على التكيف البيئي الأوسع. أشار تحليل الشبكة إلى أن الأصناف النادرة كنوع أساسي لعبت دورًا حيويًا في تفاعلات المجتمع، مما ساهم بشكل إيجابي في استقرار المجتمع. من منظور تطوري، وجد أن الأصناف النادرة لها مواصفات ومعدل انتقال أعلى من الأصناف الوفيرة، مما يعني أن الأصناف النادرة كانت بمثابة خزان وراثي ومرشحين محتملين لتصبح أصناف وفرة، وتسليط الضوء على الدور الحاسم للأصناف النادرة في الحفاظ على التنوع الميكروبي. توفر هذه النتائج رؤى أعمق حول ديناميكيات الأصناف الوفيرة والنادرة في النظم الإيكولوجية للبحيرات القلوية وتؤكد التأثير الكبير للأصناف النادرة على التنوع الميكروبي واستقرار المجتمع، مما يوفر آثارًا عميقة على إدارة النظم الإيكولوجية والحفاظ على التنوع البيولوجي في البحيرات القلوية.Translated Description (French)
Résumé Les lacs alcalins sont des environnements extrêmes typiques pour une gamme d'extrémophiles microbiens divers. Cependant, les modèles de distribution à grande échelle, les adaptations environnementales, les processus d'assemblage des communautés et la dynamique évolutive des communautés microbiennes, en particulier celles ayant des niches différentes, restent largement inexplorés. Dans cette étude, nous avons étudié les caractéristiques des communautés microbiennes en termes de taxons rares et abondants dans les sédiments des lacs alcalins de l'ouest et du nord-ouest de la Chine. Nous avons observé que la structure communautaire des taxons abondants variait considérablement avec la distance géographique, tandis que les taxons rares n'étaient pas affectés par les différences régionales, soutenus par le processus d'assemblage des taxons abondants influencé par la limitation de la diffusion, un processus stochastique et des taxons rares principalement motivés par une sélection hétérogène en tant que processus déterministe en raison de leur adaptabilité environnementale plus large. L'analyse du réseau a indiqué que les taxons rares en tant qu'espèces clés jouaient un rôle vital dans les interactions communautaires, contribuant positivement à la stabilité de la communauté. D'un point de vue évolutif, les taxons rares se sont avérés avoir une spécification et un taux de transition plus élevés que les taxons abondants, ce qui implique que les taxons rares ont servi de réservoir génétique et de candidats potentiels pour devenir des taxons d'abondance, et souligne le rôle crucial des taxons rares dans le maintien de la diversité microbienne. Ces résultats fournissent des informations plus approfondies sur la dynamique des taxons abondants et rares dans les écosystèmes des lacs alcalins et soulignent l'influence significative des taxons rares sur la diversité microbienne et la stabilité des communautés, offrant de profondes implications pour la gestion des écosystèmes et la conservation de la biodiversité dans les lacs alcalins.Translated Description (Spanish)
Resumen Los lagos alcalinos son ambientes extremos típicos habitados por una variedad de extremófilos microbianos diversos. Sin embargo, los patrones de distribución a gran escala, las adaptaciones ambientales, los procesos de ensamblaje comunitario y la dinámica evolutiva de las comunidades microbianas, particularmente aquellas con diferentes nichos, permanecen en gran medida inexplorados. En este estudio, investigamos las características de las comunidades microbianas en términos de taxones raros y abundantes dentro de los sedimentos de lagos alcalinos en el oeste y noroeste de China. Observamos que la estructura de la comunidad de taxones abundantes variaba significativamente con la distancia geográfica, mientras que los taxones raros no se veían afectados por las diferencias regionales, apoyados por el proceso de ensamblaje de taxones abundantes influenciados por la limitación de la difusión, un proceso estocástico y taxones raros predominantemente impulsados por la selección heterogénea como un proceso determinista debido a su adaptabilidad ambiental más amplia. El análisis de la red indicó que los taxones raros como especies clave desempeñaban un papel vital en las interacciones comunitarias, contribuyendo positivamente a la estabilidad de la comunidad. Desde una perspectiva evolutiva, se encontró que los taxones raros tenían una mayor especificación y tasa de transición que los taxones abundantes, lo que implica que los taxones raros sirvieron como reservorio genético y candidatos potenciales para convertirse en taxones de abundancia, y destacando el papel crucial de los taxones raros en el mantenimiento de la diversidad microbiana. Estos hallazgos proporcionan una visión más profunda de la dinámica de los taxones abundantes y raros en los ecosistemas lacustres alcalinos y subrayan la influencia significativa de los taxones raros en la diversidad microbiana y la estabilidad de la comunidad, ofreciendo profundas implicaciones para la gestión de los ecosistemas y la protección de la biodiversidad en los lagos alcalinos.Files
latest.pdf.pdf
Files
(1.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:4f70d31c426b926b5236269855a00488
|
1.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يكشف الاستكشاف على نطاق واسع عن أصناف نادرة كأعضاء رئيسيين يشكلون التجمع الميكروبي في رواسب البحيرة القلوية
- Translated title (French)
- L'exploration à grande échelle révèle des taxons rares en tant que membres clés façonnant l'assemblage microbien dans les sédiments des lacs alcalins
- Translated title (Spanish)
- La exploración a gran escala revela taxones raros como miembros clave que dan forma al ensamblaje microbiano en sedimentos de lagos alcalinos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4390984885
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-3831384/v1