Published January 1, 2022 | Version v1
Publication Open

Metabolic tuning of a stable microbial community in the surface oligotrophic Indian Ocean revealed by integrated meta-omics

Creators

  • 1. Xiamen University
  • 2. BGI Group (China)
  • 3. Fujian Institute of Oceanography
  • 4. Ministry of Natural Resources
  • 5. University of Maryland, Baltimore
  • 6. University of Maryland Center for Environmental Science
  • 7. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou)

Description

Understanding the mechanisms, structuring microbial communities in oligotrophic ocean surface waters remains a major ecological endeavor. Functional redundancy and metabolic tuning are two mechanisms that have been proposed to shape microbial response to environmental forcing. However, little is known about their roles in the oligotrophic surface ocean due to less integrative characterization of community taxonomy and function. Here, we applied an integrated meta-omics-based approach, from genes to proteins, to investigate the microbial community of the oligotrophic northern Indian Ocean. Insignificant spatial variabilities of both genomic and proteomic compositions indicated a stable microbial community that was dominated by Prochlorococcus, Synechococcus, and SAR11. However, fine tuning of some metabolic functions that are mainly driven by salinity and temperature was observed. Intriguingly, a tuning divergence occurred between metabolic potential and activity in response to different environmental perturbations. Our results indicate that metabolic tuning is an important mechanism for sustaining the stability of microbial communities in oligotrophic oceans. In addition, integrated meta-omics provides a powerful tool to comprehensively understand microbial behavior and function in the ocean.The online version contains supplementary material available at 10.1007/s42995-021-00119-6.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

لا يزال فهم الآليات وهيكلة المجتمعات الميكروبية في المياه السطحية للمحيطات قليلة التغذية مسعى بيئيًا رئيسيًا. التكرار الوظيفي وضبط التمثيل الغذائي هما آليتان تم اقتراحهما لتشكيل الاستجابة الميكروبية للتأثير البيئي. ومع ذلك، لا يُعرف سوى القليل عن أدوارهم في المحيط السطحي قليل التغذية بسبب التوصيف الأقل تكاملاً لتصنيف المجتمع ووظيفته. هنا، طبقنا نهجًا متكاملًا قائمًا على الفوقية، من الجينات إلى البروتينات، للتحقيق في المجتمع الميكروبي لشمال المحيط الهندي قليل التغذية. أشارت المتغيرات المكانية الضئيلة لكل من التركيبات الجينية والبروتينية إلى مجتمع ميكروبي مستقر كان يهيمن عليه البروكلوروكوكوس والسينيكوكوكوس والريال السعودي 11. ومع ذلك، لوحظ ضبط دقيق لبعض الوظائف الأيضية التي تحركها الملوحة ودرجة الحرارة بشكل أساسي. ومن المثير للاهتمام أن تباعد الضبط حدث بين القدرة الأيضية والنشاط استجابةً للاضطرابات البيئية المختلفة. تشير نتائجنا إلى أن الضبط الأيضي هو آلية مهمة للحفاظ على استقرار المجتمعات الميكروبية في المحيطات قليلة التغذية. بالإضافة إلى ذلك، توفر meta - omics المتكاملة أداة قوية لفهم السلوك والوظيفة الميكروبية في المحيط بشكل شامل. تحتوي النسخة عبر الإنترنت على مواد تكميلية متاحة على 10.1007/s42995-021-00119-6.

Translated Description (French)

Comprendre les mécanismes, structurer les communautés microbiennes dans les eaux de surface des océans oligotrophes reste une entreprise écologique majeure. La redondance fonctionnelle et le réglage métabolique sont deux mécanismes qui ont été proposés pour façonner la réponse microbienne au forçage environnemental. Cependant, on sait peu de choses sur leurs rôles dans l'océan de surface oligotrophe en raison d'une caractérisation moins intégrative de la taxonomie et de la fonction de la communauté. Ici, nous avons appliqué une approche intégrée basée sur la méta-omique, des gènes aux protéines, pour étudier la communauté microbienne du nord oligotrophe de l'océan Indien. Des variations spatiales insignifiantes des compositions génomiques et protéomiques ont indiqué une communauté microbienne stable dominée par Prochlorococcus, Synechococcus et SAR11. Cependant, un réglage fin de certaines fonctions métaboliques principalement entraînées par la salinité et la température a été observé. Curieusement, une divergence de réglage s'est produite entre le potentiel métabolique et l'activité en réponse à différentes perturbations environnementales. Nos résultats indiquent que le réglage métabolique est un mécanisme important pour maintenir la stabilité des communautés microbiennes dans les océans oligotrophes. En outre, la méta-omique intégrée fournit un outil puissant pour comprendre de manière exhaustive le comportement et la fonction microbiens dans l'océan. La version en ligne contient du matériel supplémentaire disponible sur 10.1007/s42995-021-00119-6.

Translated Description (Spanish)

La comprensión de los mecanismos, la estructuración de las comunidades microbianas en las aguas superficiales oceánicas oligótrofas sigue siendo un importante esfuerzo ecológico. La redundancia funcional y el ajuste metabólico son dos mecanismos que se han propuesto para dar forma a la respuesta microbiana al forzamiento ambiental. Sin embargo, se sabe poco sobre sus roles en la superficie oceánica oligotrófica debido a una caracterización menos integradora de la taxonomía y la función de la comunidad. Aquí, aplicamos un enfoque integrado basado en metaómica, desde genes hasta proteínas, para investigar la comunidad microbiana del oligotrófico Océano Índico septentrional. Las variabilidades espaciales insignificantes de las composiciones genómicas y proteómicas indicaron una comunidad microbiana estable que estaba dominada por Prochlorococcus, Synechococcus y SAR11. Sin embargo, se observó un ajuste fino de algunas funciones metabólicas que son impulsadas principalmente por la salinidad y la temperatura. Curiosamente, se produjo una divergencia de ajuste entre el potencial metabólico y la actividad en respuesta a diferentes perturbaciones ambientales. Nuestros resultados indican que el ajuste metabólico es un mecanismo importante para mantener la estabilidad de las comunidades microbianas en los océanos oligotróficos. Además, la metanómica integrada proporciona una poderosa herramienta para comprender de manera integral el comportamiento y la función microbiana en el océano. La versión en línea contiene material complementario disponible en 10.1007/s42995-021-00119-6.

Files

s42995-021-00119-6.pdf.pdf

Files (5.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:3718455ce4eaa8e30b4291d090e76228
5.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الضبط الأيضي لمجتمع ميكروبي مستقر في المحيط الهندي قليل التغذية السطحي الذي كشفت عنه الفوقية المتكاملة
Translated title (French)
Réglage métabolique d'une communauté microbienne stable dans l'océan Indien oligotrophe de surface révélé par la méta-omique intégrée
Translated title (Spanish)
Afinación metabólica de una comunidad microbiana estable en la superficie oligotrófica del Océano Índico revelada por meta-ómica integrada

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4205938604
DOI
10.1007/s42995-021-00119-6

Is supplement to
https://openalex.org/W93663281 (Other)
https://openalex.org/W2810348529 (Other)
https://openalex.org/W2354905017 (Other)
https://openalex.org/W2196924439 (Other)
https://openalex.org/W2161881731 (Other)
https://openalex.org/W2085301898 (Other)
https://openalex.org/W2082714794 (Other)
https://openalex.org/W2072282124 (Other)
https://openalex.org/W2013086654 (Other)
https://openalex.org/W2006377345 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1608826479
  • https://openalex.org/W1766747770
  • https://openalex.org/W1844236497
  • https://openalex.org/W1960424936
  • https://openalex.org/W1991577952
  • https://openalex.org/W1992383576
  • https://openalex.org/W1996002552
  • https://openalex.org/W1998142761
  • https://openalex.org/W1999455283
  • https://openalex.org/W1999879806
  • https://openalex.org/W2000259070
  • https://openalex.org/W2001031283
  • https://openalex.org/W2010777146
  • https://openalex.org/W2011450595
  • https://openalex.org/W2012647273
  • https://openalex.org/W2029105004
  • https://openalex.org/W2037199116
  • https://openalex.org/W2039750776
  • https://openalex.org/W2041025550
  • https://openalex.org/W2051729859
  • https://openalex.org/W2059872354
  • https://openalex.org/W2071841602
  • https://openalex.org/W2072374817
  • https://openalex.org/W2075051733
  • https://openalex.org/W2077721821
  • https://openalex.org/W2083308520
  • https://openalex.org/W2091953154
  • https://openalex.org/W2093276451
  • https://openalex.org/W2093830129
  • https://openalex.org/W2110285513
  • https://openalex.org/W2114200698
  • https://openalex.org/W2114766231
  • https://openalex.org/W2116472408
  • https://openalex.org/W2117080080
  • https://openalex.org/W2119635659
  • https://openalex.org/W2127175247
  • https://openalex.org/W2135076284
  • https://openalex.org/W2150954683
  • https://openalex.org/W2157136331
  • https://openalex.org/W2160702106
  • https://openalex.org/W2163162581
  • https://openalex.org/W2170551349
  • https://openalex.org/W2297247152
  • https://openalex.org/W2301678081
  • https://openalex.org/W2343269995
  • https://openalex.org/W2587486948
  • https://openalex.org/W2604685034
  • https://openalex.org/W2774072836
  • https://openalex.org/W2776197744
  • https://openalex.org/W2778856293
  • https://openalex.org/W2794626763
  • https://openalex.org/W2797101767
  • https://openalex.org/W2808903354
  • https://openalex.org/W2883932882
  • https://openalex.org/W2914236197
  • https://openalex.org/W2996972459
  • https://openalex.org/W3131598995