Holocene life and microbiome profiling in ancient tropical Lake Chalco, Mexico
Creators
- 1. Universidad Nacional Autónoma de México
- 2. Technische Universität Braunschweig
- 3. Universidad del Valle de Guatemala
- 4. Center for Research and Advanced Studies of the National Polytechnic Institute
Description
Metagenomic and traditional paleolimnological approaches are suitable to infer past biological and environmental changes, however, they are often applied independently, especially in tropical regions. We combined both approaches to investigate Holocene Prokaryote and Eukaryote diversity and microbial metabolic pathways in ancient Lake Chalco, Mexico. Here, we report on diversity among a large number of lineages (36,722 OTUs) and functional diversity (27,636,243 non-clustered predicted proteins, and 6,144 annotated protein-family genes). The most abundant domain is Bacteria (81%), followed by Archaea (15%) and Eukarya (3%). We also determined the diversity of protein families and their relationship to metabolic pathways. The early Holocene (> 11,000 cal years BP) lake was characterized by cool, freshwater conditions, which later became warmer and hyposaline (11,000-6,000 cal years BP). We found high abundances of cyanobacteria, and fungi groups associated with mature forests in these sediments. Bacteria and Archaea include mainly anaerobes and extremophiles that are involved in the sulfur, nitrogen, and carbon cycles. We found evidence for early human impacts, including landscape modifications and lake eutrophication, which began ~ 6,000 cal years BP. Subsaline, temperate conditions were inferred for the past 5,000 years. Finally, we found nitrogen-fixing bacteria and protein-family genes that are linked to contaminated environments, as well as several fungal pathogens of crops in near-surface sediments.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تعد مناهج علم الحفريات الميتاجينية والتقليدية مناسبة لاستنتاج التغيرات البيولوجية والبيئية السابقة، ومع ذلك، غالبًا ما يتم تطبيقها بشكل مستقل، خاصة في المناطق الاستوائية. جمعنا كلا النهجين للتحقيق في تنوع بدائيات النوى وحقيقيات النوى في الهولوسين والمسارات الأيضية الميكروبية في بحيرة تشالكو القديمة في المكسيك. هنا، نبلغ عن التنوع بين عدد كبير من السلالات (36،722 وحدة OTU) والتنوع الوظيفي (27،636،243 بروتينات متوقعة غير مجمعة، و 6،144 جينًا مشروحًا من عائلة البروتين). المجال الأكثر وفرة هو البكتيريا (81 ٪)، تليها العتائق (15 ٪) وحقيقيات النوى (3 ٪). كما حددنا تنوع عائلات البروتين وعلاقتها بالمسارات الأيضية. تميزت بحيرة الهولوسين المبكرة (> 11000 سنة حرارية قبل الميلاد) بظروف المياه العذبة الباردة، والتي أصبحت فيما بعد أكثر دفئًا ونقص الملوحة (11000-6000 سنة حرارية قبل الميلاد). وجدنا وفرة عالية من البكتيريا الزرقاء، ومجموعات الفطريات المرتبطة بالغابات الناضجة في هذه الرواسب. تشمل البكتيريا والعتائق بشكل أساسي اللاهوائية والأليفات المتطرفة التي تشارك في دورات الكبريت والنيتروجين والكربون. وجدنا أدلة على التأثيرات البشرية المبكرة، بما في ذلك تعديلات المناظر الطبيعية وإغناء البحيرة بالمغذيات، والتي بدأت ~ 6000 سنة حرارية قبل الميلاد. تم الاستدلال على الظروف تحت المالحة والمعتدلة على مدار الخمسة آلاف عام الماضية. أخيرًا، وجدنا بكتيريا مثبتة للنيتروجين وجينات عائلة البروتين المرتبطة بالبيئات الملوثة، بالإضافة إلى العديد من مسببات الأمراض الفطرية للمحاصيل في الرواسب القريبة من السطح.Translated Description (French)
Les approches métagénomiques et paléolimnologiques traditionnelles sont appropriées pour déduire les changements biologiques et environnementaux passés, mais elles sont souvent appliquées indépendamment, en particulier dans les régions tropicales. Nous avons combiné les deux approches pour étudier la diversité des procaryotes et des eucaryotes de l'Holocène et les voies métaboliques microbiennes dans l'ancien lac Chalco, au Mexique. Nous rapportons ici la diversité parmi un grand nombre de lignées (36 722 OTU) et la diversité fonctionnelle (27 636 243 protéines prédites non regroupées et 6 144 gènes de la famille des protéines annotées). Le domaine le plus abondant est celui des bactéries (81 %), suivi des archées (15 %) et de l'eucarya (3 %). Nous avons également déterminé la diversité des familles de protéines et leur relation avec les voies métaboliques. Le lac du début de l'Holocène (> 11 000 ans avant notre ère) était caractérisé par des conditions d'eau douce fraîche, qui sont devenues plus chaudes et hyposalines (11 000-6 000 ans avant notre ère). Nous avons trouvé des abondances élevées de cyanobactéries et des groupes de champignons associés à des forêts matures dans ces sédiments. Les bactéries et les archées comprennent principalement les anaérobies et les extrémophiles qui sont impliqués dans les cycles du soufre, de l'azote et du carbone. Nous avons trouvé des preuves d'impacts humains précoces, y compris des modifications du paysage et l'eutrophisation des lacs, qui ont commencé ~ 6 000 ans après JC. Des conditions subsalines et tempérées ont été déduites pour les 5 000 dernières années. Enfin, nous avons trouvé des bactéries fixatrices d'azote et des gènes de la famille des protéines qui sont liés à des environnements contaminés, ainsi que plusieurs agents pathogènes fongiques des cultures dans les sédiments près de la surface.Translated Description (Spanish)
Los enfoques metagenómicos y paleolimnológicos tradicionales son adecuados para inferir cambios biológicos y ambientales pasados, sin embargo, a menudo se aplican de forma independiente, especialmente en regiones tropicales. Combinamos ambos enfoques para investigar la diversidad de procariotas y eucariotas del Holoceno y las vías metabólicas microbianas en el antiguo lago Chalco, México. Aquí, informamos sobre la diversidad entre un gran número de linajes (36,722 OTU) y la diversidad funcional (27,636,243 proteínas predichas no agrupadas y 6,144 genes de la familia de proteínas anotados). El dominio más abundante es Bacteria (81%), seguido de Archaea (15%) y Eukarya (3%). También determinamos la diversidad de las familias de proteínas y su relación con las vías metabólicas. El lago del Holoceno temprano (> 11.000 años cal BP) se caracterizó por condiciones frías de agua dulce, que más tarde se volvieron más cálidas e hiposalinas (11.000-6.000 años cal BP). Encontramos altas abundancias de cianobacterias y grupos de hongos asociados con bosques maduros en estos sedimentos. Las bacterias y arqueas incluyen principalmente anaerobios y extremófilos que participan en los ciclos de azufre, nitrógeno y carbono. Encontramos evidencia de impactos humanos tempranos, incluidas las modificaciones del paisaje y la eutrofización del lago, que comenzaron ~ 6.000 años cal BP. Las condiciones subsalinas y templadas se infirieron durante los últimos 5.000 años. Finalmente, encontramos bacterias fijadoras de nitrógeno y genes de la familia de proteínas que están vinculados a ambientes contaminados, así como varios patógenos fúngicos de cultivos en sedimentos cercanos a la superficie.Files
s41598-021-92981-8.pdf.pdf
Files
(4.1 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:e78d96ca9c2eb4db6b5ccef3b37b385e
|
4.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- حياة الهولوسين وتنميط الميكروبيوم في بحيرة تشالكو الاستوائية القديمة، المكسيك
- Translated title (French)
- Profilage de la vie holocène et du microbiome dans l'ancien lac tropical Chalco, au Mexique
- Translated title (Spanish)
- Perfil de vida y microbioma del Holoceno en el antiguo lago tropical Chalco, México
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3179612941
- DOI
- 10.1038/s41598-021-92981-8
References
- https://openalex.org/W1083341005
- https://openalex.org/W1956005582
- https://openalex.org/W1970850180
- https://openalex.org/W1976656147
- https://openalex.org/W1997354549
- https://openalex.org/W2003488255
- https://openalex.org/W2007347158
- https://openalex.org/W2009607369
- https://openalex.org/W2030822520
- https://openalex.org/W2041117131
- https://openalex.org/W2045204781
- https://openalex.org/W2047246368
- https://openalex.org/W2053961859
- https://openalex.org/W2056279562
- https://openalex.org/W2058767524
- https://openalex.org/W2063580733
- https://openalex.org/W2066909033
- https://openalex.org/W2071555715
- https://openalex.org/W2074698152
- https://openalex.org/W2075833095
- https://openalex.org/W2091922579
- https://openalex.org/W2092643722
- https://openalex.org/W2093666160
- https://openalex.org/W2100512609
- https://openalex.org/W2100894052
- https://openalex.org/W2106219199
- https://openalex.org/W2108638811
- https://openalex.org/W2110665925
- https://openalex.org/W2118038862
- https://openalex.org/W2119559322
- https://openalex.org/W2125381859
- https://openalex.org/W2126627009
- https://openalex.org/W2127303481
- https://openalex.org/W2129430508
- https://openalex.org/W2130657161
- https://openalex.org/W2131871624
- https://openalex.org/W2135621733
- https://openalex.org/W2146512944
- https://openalex.org/W2147076001
- https://openalex.org/W2147783737
- https://openalex.org/W2156610160
- https://openalex.org/W2164117721
- https://openalex.org/W2169163713
- https://openalex.org/W2170486072
- https://openalex.org/W2171076159
- https://openalex.org/W2179438025
- https://openalex.org/W2204844399
- https://openalex.org/W2260789794
- https://openalex.org/W2271570680
- https://openalex.org/W2319607135
- https://openalex.org/W2332840784
- https://openalex.org/W2343207537
- https://openalex.org/W2409427249
- https://openalex.org/W2500942882
- https://openalex.org/W2571216110
- https://openalex.org/W2572956633
- https://openalex.org/W2592604212
- https://openalex.org/W2594950431
- https://openalex.org/W2605753755
- https://openalex.org/W2735930687
- https://openalex.org/W2750875127
- https://openalex.org/W2752988389
- https://openalex.org/W2759800676
- https://openalex.org/W2764193993
- https://openalex.org/W2770305774
- https://openalex.org/W2772563111
- https://openalex.org/W2782177025
- https://openalex.org/W2793484840
- https://openalex.org/W2795939660
- https://openalex.org/W2887267096
- https://openalex.org/W2888916889
- https://openalex.org/W2903191060
- https://openalex.org/W2904866577
- https://openalex.org/W2905109208
- https://openalex.org/W2907018287
- https://openalex.org/W2941841232
- https://openalex.org/W2948763031
- https://openalex.org/W2952463830
- https://openalex.org/W296079501
- https://openalex.org/W2965566432
- https://openalex.org/W2969718750
- https://openalex.org/W2990971970
- https://openalex.org/W2992840992
- https://openalex.org/W3017430680
- https://openalex.org/W3036716590
- https://openalex.org/W3041080303
- https://openalex.org/W3080043661
- https://openalex.org/W3092238322
- https://openalex.org/W3094831079
- https://openalex.org/W3094947278
- https://openalex.org/W3133246116
- https://openalex.org/W3135401723
- https://openalex.org/W3155953886
- https://openalex.org/W344238366
- https://openalex.org/W4249468678
- https://openalex.org/W904171511