Published September 21, 2023
| Version v1
Publication
Open
Eco-evolutionary strategies for relieving carbon limitation under salt stress differ across microbial clades
Creators
- 1. Nanjing Forestry University
- 2. Tobacco Research Institute
- 3. Chinese Academy of Agricultural Sciences
- 4. Pacific Northwest National Laboratory
Description
Abstract The eco-evolutionary tradeoff between microbial mitigation of carbon limitation and maintenance of functional traits in saline soils, a habitat rapidly expanding in extent under climate change, represents a significant knowledge gap in predicting future soil health and ecological function. Through shotgun metagenomic sequencing of coastal soils along a salinity gradient, we show contrasting eco-evolutionary directions of soil bacteria and archaea that manifest in changes to genome size and functional potential of the soil microbiome with increasing saline stress. Bacteria exhibited reduced genome sizes associated with a depletion of core metabolic genes in response to salinity, while archaea displayed larger genomes and an enrichment of salt-resistance, core metabolic genes, and especially an enhanced capacity for carbon acquisition in saline soils. This suggests that bacteria conserve energy through genome streamlining when facing salt stress, while archaea invest in carbon acquisition pathways to broaden their resource usage. These findings suggest divergent patterns in eco-evolutionary adaptations to soil saline stress amongst microbial clades and serve as a foundation for understanding the response of soil microbiomes to escalating climate change.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تمثل المفاضلة التطورية البيئية بين التخفيف الميكروبي للحد من الكربون والحفاظ على السمات الوظيفية في التربة المالحة، وهي موطن يتوسع بسرعة في نطاق تغير المناخ، فجوة معرفية كبيرة في التنبؤ بصحة التربة والوظيفة البيئية في المستقبل. من خلال التسلسل الميتاجينومي للبندقية للتربة الساحلية على طول تدرج الملوحة، نظهر اتجاهات تطورية بيئية متناقضة لبكتيريا التربة والعتائق التي تظهر في التغيرات في حجم الجينوم والإمكانات الوظيفية لميكروبيوم التربة مع زيادة الإجهاد الملحي. أظهرت البكتيريا أحجامًا مخفضة من الجينوم مرتبطة باستنزاف الجينات الأيضية الأساسية استجابة للملوحة، في حين أظهرت العتائق جينومات أكبر وإثراء لمقاومة الملح والجينات الأيضية الأساسية، وخاصة القدرة المعززة على اكتساب الكربون في التربة المالحة. يشير هذا إلى أن البكتيريا تحافظ على الطاقة من خلال تبسيط الجينوم عند مواجهة الإجهاد الملحي، بينما تستثمر العتائق في مسارات الحصول على الكربون لتوسيع استخدام مواردها. تشير هذه النتائج إلى أنماط متباينة في التكيفات التطورية البيئية مع الإجهاد الملحي للتربة بين الفروع الميكروبية وتكون بمثابة أساس لفهم استجابة الميكروبات في التربة لتغير المناخ المتصاعد.Translated Description (French)
Résumé Le compromis éco-évolutif entre l'atténuation microbienne de la limitation du carbone et le maintien des traits fonctionnels dans les sols salins, un habitat dont l'étendue s'étend rapidement sous le changement climatique, représente une lacune importante dans la prédiction de la santé future des sols et de la fonction écologique. Grâce au séquençage métagénomique au fusil de chasse des sols côtiers le long d'un gradient de salinité, nous montrons des directions éco-évolutives contrastées des bactéries du sol et des archées qui se manifestent par des changements de la taille du génome et du potentiel fonctionnel du microbiome du sol avec un stress salin croissant. Les bactéries présentaient des tailles de génome réduites associées à un épuisement des gènes métaboliques de base en réponse à la salinité, tandis que les archées présentaient des génomes plus grands et un enrichissement en gènes métaboliques de base résistants au sel, et en particulier une capacité accrue d'acquisition de carbone dans les sols salins. Cela suggère que les bactéries conservent de l'énergie grâce à la rationalisation du génome lorsqu'elles sont confrontées à un stress salin, tandis que les archées investissent dans les voies d'acquisition du carbone pour élargir leur utilisation des ressources. Ces résultats suggèrent des modèles divergents dans les adaptations éco-évolutionnaires au stress salin du sol parmi les clades microbiens et servent de base pour comprendre la réponse des microbiomes du sol à l'escalade du changement climatique.Translated Description (Spanish)
Resumen La compensación eco-evolutiva entre la mitigación microbiana de la limitación de carbono y el mantenimiento de rasgos funcionales en suelos salinos, un hábitat que se expande rápidamente en extensión bajo el cambio climático, representa una brecha de conocimiento significativa en la predicción de la salud futura del suelo y la función ecológica. A través de la secuenciación metagenómica escopeta de los suelos costeros a lo largo de un gradiente de salinidad, mostramos direcciones ecoevolutivas contrastantes de bacterias y arqueas del suelo que se manifiestan en cambios en el tamaño del genoma y el potencial funcional del microbioma del suelo con el aumento del estrés salino. Las bacterias mostraron tamaños genómicos reducidos asociados con un agotamiento de los genes metabólicos centrales en respuesta a la salinidad, mientras que las arqueas mostraron genomas más grandes y un enriquecimiento de la resistencia a la sal, genes metabólicos centrales y, especialmente, una mayor capacidad para la adquisición de carbono en suelos salinos. Esto sugiere que las bacterias conservan energía a través de la racionalización del genoma cuando se enfrentan al estrés salino, mientras que las arqueas invierten en vías de adquisición de carbono para ampliar su uso de recursos. Estos hallazgos sugieren patrones divergentes en las adaptaciones ecoevolutivas al estrés salino del suelo entre los clados microbianos y sirven como base para comprender la respuesta de los microbiomas del suelo al creciente cambio climático.Files
latest.pdf.pdf
Files
(1.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:1138e4594be0b6f670577385553e0598
|
1.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تختلف الاستراتيجيات التطورية البيئية لتخفيف الحد من الكربون تحت ضغط الملح عبر الفروع الميكروبية
- Translated title (French)
- Les stratégies éco-évolutives pour réduire la limitation du carbone sous stress salin diffèrent selon les clades microbiens
- Translated title (Spanish)
- Las estrategias ecoevolutivas para aliviar la limitación de carbono bajo el estrés salino difieren entre los clados microbianos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4386934003
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-3322692/v1