Published December 20, 2020
| Version v1
Publication
Open
Discovery and quantification of anaerobic nitrogen metabolisms among oxygenated tropical Cuban stony corals
Creators
- 1. Massachusetts Institute of Technology
- 2. Woods Hole Oceanographic Institution
- 3. Universidad Nacional Autónoma de México
- 4. University of Havana
Description
Coral reef health depends on an intricate relationship among the coral animal, photosynthetic algae, and a complex microbial community. The holobiont can impact the nutrient balance of their hosts amid an otherwise oligotrophic environment, including by cycling physiologically important nitrogen compounds. Here we use 15N-tracer experiments to produce the first simultaneous measurements of ammonium oxidation, nitrate reduction, and nitrous oxide (N2O) production among five iconic species of reef-building corals (Acropora palmata, Diploria labyrinthiformis, Orbicella faveolata, Porites astreoides, and Porites porites) in the highly protected Jardines de la Reina reefs of Cuba. Nitrate reduction is present in most species, but ammonium oxidation is low potentially due to photoinhibition and assimilatory competition. Coral-associated rates of N2O production indicate a widespread potential for denitrification, especially among D. labyrinthiformis, at rates of ~1 nmol cm-2 d-1. In contrast, A. palmata displays minimal active nitrogen metabolism. Enhanced rates of nitrate reduction and N2O production are observed coincident with dark net respiration periods. Genomes of bacterial cultures isolated from multiple coral species confirm that microorganisms with the ability to respire nitrate anaerobically to either dinitrogen gas or ammonium exist within the holobiont. This confirmation of anaerobic nitrogen metabolisms by coral-associated microorganisms sheds new light on coral and reef productivity.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تعتمد صحة الشعاب المرجانية على علاقة معقدة بين حيوان المرجان والطحالب الضوئية والمجتمع الميكروبي المعقد. يمكن أن يؤثر الهولوبيونت على التوازن الغذائي لمضيفيهم وسط بيئة قليلة التغذية، بما في ذلك عن طريق تدوير مركبات النيتروجين المهمة من الناحية الفسيولوجية. هنا نستخدم تجارب 15N - tracer لإنتاج أول قياسات متزامنة لأكسدة الأمونيوم، وتقليل النترات، وإنتاج أكسيد النيتروز (N2O) بين خمسة أنواع أيقونية من الشعاب المرجانية لبناء الشعاب المرجانية (Acropora palmata، Diploria labyrinthiformis، Orbicella faveolata، Porites astreoides، و Porites porites) في شعاب Jardines de la Reina المحمية للغاية في كوبا. يوجد تقليل النترات في معظم الأنواع، ولكن أكسدة الأمونيوم منخفضة ربما بسبب التثبيط الضوئي والمنافسة الاستيعابية. تشير المعدلات المرتبطة بالشعاب المرجانية لإنتاج أكسيد النيتروز إلى إمكانية واسعة النطاق لإزالة النتروجين، خاصة بين D. labyrinthiformis، بمعدلات ~1 نانومول سم -2 د-1. في المقابل، تعرض A. palmata الحد الأدنى من استقلاب النيتروجين النشط. لوحظ أن المعدلات المحسنة لخفض النترات وإنتاج أكسيد النيتروز تتزامن مع فترات التنفس الصافية المظلمة. تؤكد جينومات الثقافات البكتيرية المعزولة عن الأنواع المرجانية المتعددة أن الكائنات الحية الدقيقة التي لديها القدرة على تنفس النترات اللاهوائية إما إلى غاز النيتروجين أو الأمونيوم موجودة داخل الهولوبيونت. هذا التأكيد على استقلاب النيتروجين اللاهوائي من قبل الكائنات الحية الدقيقة المرتبطة بالشعاب المرجانية يلقي ضوءًا جديدًا على إنتاجية الشعاب المرجانية والشعاب المرجانية.Translated Description (French)
La santé des récifs coralliens dépend d'une relation complexe entre l'animal corallien, les algues photosynthétiques et une communauté microbienne complexe. L'holobionte peut avoir un impact sur l'équilibre nutritionnel de ses hôtes dans un environnement par ailleurs oligotrophe, notamment en recyclant des composés azotés physiologiquement importants. Ici, nous utilisons des expériences de traceur 15N pour produire les premières mesures simultanées de l'oxydation de l'ammonium, de la réduction des nitrates et de la production d'oxyde nitreux (N2O) parmi cinq espèces emblématiques de coraux bâtisseurs de récifs (Acropora palmata, Diploria labyrinthiformis, Orbicella faveolata, Porites astreoides et Porites porites) dans les récifs hautement protégés des Jardines de la Reina de Cuba. La réduction des nitrates est présente chez la plupart des espèces, mais l'oxydation de l'ammonium est faible potentiellement en raison de la photoinhibition et de la compétition d'assimilation. Les taux de production de N2O associés aux coraux indiquent un potentiel généralisé de dénitrification, en particulier chez D. labyrinthiformis, à des taux d'environ1 nmol cm-2 j-1. En revanche, A. palmata présente un métabolisme azoté actif minimal. Des taux accrus de réduction des nitrates et de production de N2O sont observés en même temps que les périodes de respiration en filet sombre. Les génomes de cultures bactériennes isolées à partir de plusieurs espèces de coraux confirment que des micro-organismes ayant la capacité de respirer le nitrate de manière anaérobie en gaz diazote ou en ammonium existent dans l'holobionte. Cette confirmation des métabolismes anaérobies de l'azote par les micro-organismes associés aux coraux jette un nouvel éclairage sur la productivité des coraux et des récifs.Translated Description (Spanish)
La salud de los arrecifes de coral depende de una intrincada relación entre el animal de coral, las algas fotosintéticas y una comunidad microbiana compleja. El holobionte puede afectar el equilibrio de nutrientes de sus huéspedes en un entorno por lo demás oligotrófico, incluso mediante el ciclo de compuestos de nitrógeno fisiológicamente importantes. Aquí utilizamos experimentos de trazadores de 15N para producir las primeras mediciones simultáneas de oxidación de amonio, reducción de nitrato y producción de óxido nitroso (N2O) entre cinco especies icónicas de corales formadores de arrecifes (Acropora palmata, Diploria labyrinthiformis, Orbicella faveolata, Porites astreoides y Porites porites) en los altamente protegidos arrecifes Jardines de la Reina de Cuba. La reducción de nitrato está presente en la mayoría de las especies, pero la oxidación de amonio es baja potencialmente debido a la fotoinhibición y la competencia asimilatoria. Las tasas de producción de N2O asociadas al coral indican un potencial generalizado de desnitrificación, especialmente entre D. labyrinthiformis, a tasas de ~1 nmol cm-2 d-1. Por el contrario, A. palmata muestra un metabolismo mínimo de nitrógeno activo. Se observan tasas mejoradas de reducción de nitratos y producción de N2O coincidentes con los períodos de respiración neta oscura. Los genomas de cultivos bacterianos aislados de múltiples especies de coral confirman que existen microorganismos con la capacidad de respirar nitrato anaeróbicamente a gas dinitrógeno o amonio dentro del holobionte. Esta confirmación de los metabolismos anaeróbicos del nitrógeno por los microorganismos asociados a los corales arroja nueva luz sobre la productividad de los corales y los arrecifes.Files
s41396-020-00845-2.pdf.pdf
Files
(3.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:80fb7ffc387bbc1e8dd56c4fd50f36f5
|
3.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- اكتشاف وتحديد كمية استقلاب النيتروجين اللاهوائي بين الشعاب المرجانية الحجرية الاستوائية الكوبية المؤكسدة
- Translated title (French)
- Découverte et quantification des métabolismes azotés anaérobies chez les coraux pierreux cubains tropicaux oxygénés
- Translated title (Spanish)
- Descubrimiento y cuantificación de metabolismos anaeróbicos de nitrógeno entre corales pedregosos cubanos tropicales oxigenados
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3117648729
- DOI
- 10.1038/s41396-020-00845-2
References
- https://openalex.org/W1482696406
- https://openalex.org/W1489611710
- https://openalex.org/W1625886754
- https://openalex.org/W1753404946
- https://openalex.org/W1878521557
- https://openalex.org/W1966253810
- https://openalex.org/W1970211614
- https://openalex.org/W1974308355
- https://openalex.org/W1974653926
- https://openalex.org/W1980088245
- https://openalex.org/W1983618469
- https://openalex.org/W1989348205
- https://openalex.org/W1991310235
- https://openalex.org/W2002535826
- https://openalex.org/W2003177272
- https://openalex.org/W2005235143
- https://openalex.org/W2005699158
- https://openalex.org/W2008791478
- https://openalex.org/W2010049771
- https://openalex.org/W2011885195
- https://openalex.org/W2015104607
- https://openalex.org/W2018102758
- https://openalex.org/W2019991118
- https://openalex.org/W2024501581
- https://openalex.org/W2024826640
- https://openalex.org/W2024945443
- https://openalex.org/W2027593299
- https://openalex.org/W2029072763
- https://openalex.org/W2031504136
- https://openalex.org/W2035334354
- https://openalex.org/W2037693220
- https://openalex.org/W2038833563
- https://openalex.org/W2038968086
- https://openalex.org/W2040565150
- https://openalex.org/W2043322533
- https://openalex.org/W2046279958
- https://openalex.org/W2048342577
- https://openalex.org/W2052229857
- https://openalex.org/W2052363657
- https://openalex.org/W2053297344
- https://openalex.org/W2053609212
- https://openalex.org/W2054147099
- https://openalex.org/W2055145905
- https://openalex.org/W2059750141
- https://openalex.org/W2061227385
- https://openalex.org/W2062439789
- https://openalex.org/W2063410338
- https://openalex.org/W2069200950
- https://openalex.org/W2074483880
- https://openalex.org/W2075013491
- https://openalex.org/W2082081632
- https://openalex.org/W2087047419
- https://openalex.org/W2096093282
- https://openalex.org/W2100645055
- https://openalex.org/W2103121862
- https://openalex.org/W2103502928
- https://openalex.org/W2109476731
- https://openalex.org/W2110219302
- https://openalex.org/W2111327878
- https://openalex.org/W2112364185
- https://openalex.org/W2113679889
- https://openalex.org/W2120391274
- https://openalex.org/W2121344125
- https://openalex.org/W2131271579
- https://openalex.org/W2133761475
- https://openalex.org/W2139551143
- https://openalex.org/W2143535440
- https://openalex.org/W2151831732
- https://openalex.org/W2156568771
- https://openalex.org/W2162225493
- https://openalex.org/W2166141173
- https://openalex.org/W2169192415
- https://openalex.org/W2190472924
- https://openalex.org/W2252365640
- https://openalex.org/W2261294756
- https://openalex.org/W2285694192
- https://openalex.org/W2346697189
- https://openalex.org/W2402075917
- https://openalex.org/W2473393292
- https://openalex.org/W2579917395
- https://openalex.org/W2594263920
- https://openalex.org/W2613802059
- https://openalex.org/W2615192476
- https://openalex.org/W2615799312
- https://openalex.org/W2671228132
- https://openalex.org/W2726176079
- https://openalex.org/W2786050432
- https://openalex.org/W2786163689
- https://openalex.org/W2792797609
- https://openalex.org/W2895372405
- https://openalex.org/W2990064938
- https://openalex.org/W2991077106
- https://openalex.org/W2995310065
- https://openalex.org/W3008115082
- https://openalex.org/W3020896493
- https://openalex.org/W3023530843
- https://openalex.org/W4253784194
- https://openalex.org/W819892371