Published February 2, 2016 | Version v1
Publication Open

Metagenomic Analysis Reveals Symbiotic Relationship among Bacteria in Microcystis-Dominated Community

Creators

  • 1. University of Chinese Academy of Sciences
  • 2. Institute of Hydrobiology
  • 3. Chinese Academy of Sciences
  • 4. Institute of Botany
  • 5. Peking University

Description

Microcystis bloom, a cyanobacterial mass occurrence often found in eutrophicated water bodies, is one of the most serious threats to freshwater ecosystems worldwide. In nature, Microcystis forms aggregates or colonies that contain heterotrophic bacteria. The Microcystis-bacteria colonies were persistent even when they were maintained in lab culture for a long period. The relationship between Microcystis and the associated bacteria was investigated by a metagenomic approach in this study. We developed a visualization-guided method of binning for genome assembly after total colony DNA sequencing. We found that the method was effective in grouping sequences and it did not require reference genome sequence. Individual genomes of the colony bacteria were obtained and they provided valuable insights into microbial community structures. Analysis of metabolic pathways based on these genomes revealed that while all heterotrophic bacteria were dependent upon Microcystis for carbon and energy, Vitamin B12 biosynthesis, which is required for growth by Microcystis, was accomplished in a cooperative fashion among the bacteria. Our analysis also suggests that individual bacteria in the colony community contributed a complete pathway for degradation of benzoate, which is inhibitory to the cyanobacterial growth, and its ecological implication for Microcystis bloom is discussed.

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

Translated Description (Arabic)

يعد إزهار الكيسات الدقيقة، وهو حدوث كتلة بكتيرية زرقاء غالبًا ما توجد في المسطحات المائية المغذّية، أحد أخطر التهديدات للنظم الإيكولوجية للمياه العذبة في جميع أنحاء العالم. في الطبيعة، تشكل الكيسة الدقيقة تجمعات أو مستعمرات تحتوي على بكتيريا غيرية التغذية. كانت مستعمرات بكتيريا الكيسات الدقيقة مستمرة حتى عندما تم الحفاظ عليها في مزرعة المختبر لفترة طويلة. تم التحقيق في العلاقة بين Microcystis والبكتيريا المرتبطة بها من خلال نهج metagenomic في هذه الدراسة. لقد طورنا طريقة موجهة للتصور لتجميع الجينوم بعد تسلسل الحمض النووي الكلي للمستعمرة. وجدنا أن الطريقة كانت فعالة في تجميع التسلسلات وأنها لا تتطلب تسلسل الجينوم المرجعي. تم الحصول على جينومات فردية لبكتيريا المستعمرة وقدمت رؤى قيمة حول هياكل المجتمع الميكروبية. كشف تحليل المسارات الأيضية بناءً على هذه الجينومات أنه في حين أن جميع البكتيريا غيرية التغذية كانت تعتمد على الكيسات الدقيقة للكربون والطاقة، فإن التخليق الحيوي لفيتامين ب 12، المطلوب للنمو بواسطة الكيسات الدقيقة، تم بطريقة تعاونية بين البكتيريا. يشير تحليلنا أيضًا إلى أن البكتيريا الفردية في مجتمع المستعمرة ساهمت في مسار كامل لتحلل البنزوات، وهو مثبط لنمو البكتيريا الزرقاء، وتناقش آثاره البيئية على ازدهار الكيسات الدقيقة.

Translated Description (French)

La prolifération de Microcystis, une masse de cyanobactéries souvent présente dans les masses d'eau eutrophisées, est l'une des menaces les plus graves pour les écosystèmes d'eau douce dans le monde. Dans la nature, Microcystis forme des agrégats ou des colonies qui contiennent des bactéries hétérotrophes. Les colonies de Microcystis-bactéries étaient persistantes même lorsqu'elles étaient maintenues en culture de laboratoire pendant une longue période. La relation entre Microcystis et les bactéries associées a été étudiée par une approche métagénomique dans cette étude. Nous avons développé une méthode de binning guidée par la visualisation pour l'assemblage du génome après le séquençage de l'ADN de la colonie totale. Nous avons constaté que la méthode était efficace pour regrouper les séquences et qu'elle ne nécessitait pas de séquence génomique de référence. Des génomes individuels des bactéries de la colonie ont été obtenus et ils ont fourni des informations précieuses sur les structures des communautés microbiennes. L'analyse des voies métaboliques basées sur ces génomes a révélé que si toutes les bactéries hétérotrophes dépendaient de Microcystis pour le carbone et l'énergie, la biosynthèse de la vitamine B12, nécessaire à la croissance de Microcystis, était réalisée de manière coopérative entre les bactéries. Notre analyse suggère également que les bactéries individuelles de la communauté des colonies ont contribué à une voie complète de dégradation du benzoate, qui inhibe la croissance des cyanobactéries, et son implication écologique pour la prolifération des Microcystis est discutée.

Translated Description (Spanish)

La floración de Microcystis, una ocurrencia masiva de cianobacterias que a menudo se encuentra en cuerpos de agua eutrofizados, es una de las amenazas más graves para los ecosistemas de agua dulce en todo el mundo. En la naturaleza, Microcystis forma agregados o colonias que contienen bacterias heterótrofas. Las colonias de bacterias Microcystis fueron persistentes incluso cuando se mantuvieron en cultivo de laboratorio durante un largo período. La relación entre Microcystis y las bacterias asociadas se investigó mediante un enfoque metagenómico en este estudio. Desarrollamos un método de agrupación guiado por visualización para el ensamblaje del genoma después de la secuenciación total del ADN de la colonia. Descubrimos que el método era eficaz para agrupar secuencias y no requería una secuencia genómica de referencia. Se obtuvieron genomas individuales de las bacterias de la colonia y proporcionaron información valiosa sobre las estructuras de las comunidades microbianas. El análisis de las vías metabólicas basadas en estos genomas reveló que, si bien todas las bacterias heterótrofas dependían de Microcystis para obtener carbono y energía, la biosíntesis de vitamina B12, que es necesaria para el crecimiento de Microcystis, se realizó de forma cooperativa entre las bacterias. Nuestro análisis también sugiere que las bacterias individuales en la comunidad de colonias contribuyeron con una vía completa para la degradación del benzoato, que es inhibidor del crecimiento de cianobacterias, y se discute su implicación ecológica para la floración de Microcystis.

Files

pdf.pdf

Files (2.8 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
md5:026dc9c1a8ab0561b8e73074be3df996
2.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يكشف التحليل الميتاجينومي عن العلاقة التكافلية بين البكتيريا في المجتمع الذي تهيمن عليه الكيسات الدقيقة
Translated title (French)
L'analyse métagénomique révèle une relation symbiotique entre les bactéries dans la communauté dominée par la microkystose
Translated title (Spanish)
El análisis metagenómico revela una relación simbiótica entre las bacterias en una comunidad dominada por microcistis

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2276566485
DOI
10.3389/fmicb.2016.00056

Is supplement to
https://openalex.org/W4239017585 (Other)
https://openalex.org/W2994920160 (Other)
https://openalex.org/W2795173297 (Other)
https://openalex.org/W2384999993 (Other)
https://openalex.org/W2364689327 (Other)
https://openalex.org/W2347853301 (Other)
https://openalex.org/W2157279140 (Other)
https://openalex.org/W2041036771 (Other)
https://openalex.org/W1974801485 (Other)
https://openalex.org/W1964019338 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1217249204
  • https://openalex.org/W1482867610
  • https://openalex.org/W1528890296
  • https://openalex.org/W1578451972
  • https://openalex.org/W1600368039
  • https://openalex.org/W1757648732
  • https://openalex.org/W1854118849
  • https://openalex.org/W1946171492
  • https://openalex.org/W1952847112
  • https://openalex.org/W1966951255
  • https://openalex.org/W1969346416
  • https://openalex.org/W1971072534
  • https://openalex.org/W1976183885
  • https://openalex.org/W1980733427
  • https://openalex.org/W1983409702
  • https://openalex.org/W1983690824
  • https://openalex.org/W1984186466
  • https://openalex.org/W1990293955
  • https://openalex.org/W1997673861
  • https://openalex.org/W1998767819
  • https://openalex.org/W2002281701
  • https://openalex.org/W2003267274
  • https://openalex.org/W2011832962
  • https://openalex.org/W2013935032
  • https://openalex.org/W2014268383
  • https://openalex.org/W2027496182
  • https://openalex.org/W2035529868
  • https://openalex.org/W2044719651
  • https://openalex.org/W2045843097
  • https://openalex.org/W2048818637
  • https://openalex.org/W2055503200
  • https://openalex.org/W2057839708
  • https://openalex.org/W2069194485
  • https://openalex.org/W2069458148
  • https://openalex.org/W2070214912
  • https://openalex.org/W2070302368
  • https://openalex.org/W2080101008
  • https://openalex.org/W2089859322
  • https://openalex.org/W2103901746
  • https://openalex.org/W2108214199
  • https://openalex.org/W2110376515
  • https://openalex.org/W2110610681
  • https://openalex.org/W2113601822
  • https://openalex.org/W2114684949
  • https://openalex.org/W2116895571
  • https://openalex.org/W2118020555
  • https://openalex.org/W2120902911
  • https://openalex.org/W2121291798
  • https://openalex.org/W2124637227
  • https://openalex.org/W2124985265
  • https://openalex.org/W2126253234
  • https://openalex.org/W2127449967
  • https://openalex.org/W2130324378
  • https://openalex.org/W2131271579
  • https://openalex.org/W2132632499
  • https://openalex.org/W2133790733
  • https://openalex.org/W2134243489
  • https://openalex.org/W2134751812
  • https://openalex.org/W2137896807
  • https://openalex.org/W2141458291
  • https://openalex.org/W2143842034
  • https://openalex.org/W2146664084
  • https://openalex.org/W2150208009
  • https://openalex.org/W2154755488
  • https://openalex.org/W2160551663
  • https://openalex.org/W2163166295
  • https://openalex.org/W2168330474
  • https://openalex.org/W2171780940
  • https://openalex.org/W2177982226
  • https://openalex.org/W4238717354