High-throughput amplicon sequencing reveals the spatiotemporal effects, abiotic and biotic shaping factors for the microbial communities in tropical mangrove sediments in Sanya, China
Creators
- 1. Jiangxi Science and Technology Normal University
- 2. First Institute of Oceanography
- 3. Zhejiang Ocean University
Description
Abstract Background Microbial roles in element cycling and nutrient providing are crucial for mangrove ecosystems and serve as important regulators for climate change in Earth ecosystem. However, some key information about the spatiotemporal influences and abiotic and biotic shaping factors for the microbial communities in mangrove sediments remains lacking. Methods In this work, 22 sediment samples were collected from multiple spatiotemporal dimensions, including three locations, two depths, and four seasons, and the bacterial, archaeal, and fungal community structures in these samples were studied using amplicon sequencing. Results The microbial community structures were varied in the samples from different depths and locations based on the results of LDA effect size analysis, principal coordinate analysis, the analysis of similarities, and permutational multivariate ANOVA. However, these microbial community structures were stable among the seasonal samples. Linear fitting models and Mantel test showed that among the 13 environmental factors measured in this study, the sediment particle size (PS) was the key abiotic shaping factor for the bacterial, archaeal, or fungal community structure. Besides PS, salinity and humidity were also significant impact factors according to the canonical correlation analysis ( p ≤ 0.05). Co-occurrence networks demonstrated that the bacteria assigned into phyla Ignavibacteriae, Proteobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, and Acidobacteria were the key biotic factors for shaping the bacterial community in mangrove sediments. Conclusions This work showed the variability on spatial dimensions and the stability on temporal dimension for the bacterial, archaeal, or fungal microbial community structure, indicating that the tropical mangrove sediments are versatile but stable environments. PS served as the key abiotic factor could indirectly participate in material circulation in mangroves by influencing microbial community structures, along with salinity and humidity. The bacteria as key biotic factors were found with the abilities of photosynthesis, polysaccharide degradation, or nitrogen fixation, which were potential indicators for monitoring mangrove health, as well as crucial participants in the storage of mangrove blue carbons and mitigation of climate warming. This study expanded the knowledge of mangroves for the spatiotemporal variation, distribution, and regulation of the microbial community structures, thus further elucidating the microbial roles in mangrove management and climate regulation.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تعتبر الأدوار الميكروبية في تدوير العناصر وتوفير المغذيات حاسمة للنظم الإيكولوجية لغابات المانغروف وتعمل كمنظمين مهمين لتغير المناخ في النظام الإيكولوجي للأرض. ومع ذلك، لا تزال بعض المعلومات الرئيسية حول التأثيرات الزمانية المكانية وعوامل التشكيل اللاأحيائية والأحيائية للمجتمعات الميكروبية في رواسب المنغروف غير موجودة. الطرق في هذا العمل، تم جمع 22 عينة من الرواسب من أبعاد مكانية وزمانية متعددة، بما في ذلك ثلاثة مواقع وعمقان وأربعة مواسم، وتمت دراسة الهياكل المجتمعية البكتيرية والعتيقة والفطرية في هذه العينات باستخدام تسلسل الأمبليكون. النتائج تم تنويع هياكل المجتمع الميكروبي في العينات من أعماق ومواقع مختلفة بناءً على نتائج تحليل حجم تأثير LDA، وتحليل الإحداثيات الرئيسية، وتحليل أوجه التشابه، و ANOVA متعدد المتغيرات. ومع ذلك، كانت هذه الهياكل المجتمعية الميكروبية مستقرة بين العينات الموسمية. أظهرت نماذج التركيب الخطي واختبار رف الموقد أنه من بين 13 عاملًا بيئيًا تم قياسها في هذه الدراسة، كان حجم جسيمات الرواسب (PS) هو عامل التشكيل اللاأحيائي الرئيسي للبنية المجتمعية البكتيرية أو البدائية أو الفطرية. إلى جانب PS، كانت الملوحة والرطوبة أيضًا عوامل تأثير مهمة وفقًا لتحليل الارتباط الكنسي ( p ≤ 0.05). أظهرت شبكات التواجد المشترك أن البكتيريا المخصصة في الشُعَبُ الإغنافيبية، والبروتوباكتيريا، والبكتيرويدات، والكلوروفليكسي، والحمضيات كانت العوامل الحيوية الرئيسية لتشكيل المجتمع البكتيري في رواسب المنغروف. الاستنتاجات أظهر هذا العمل التباين في الأبعاد المكانية والاستقرار في البعد الزمني لهيكل المجتمع الميكروبي البكتيري أو القديم أو الفطري، مما يشير إلى أن رواسب المنغروف الاستوائية هي بيئات متعددة الاستخدامات ولكنها مستقرة. كان PS بمثابة العامل اللاأحيائي الرئيسي الذي يمكن أن يشارك بشكل غير مباشر في تداول المواد في أشجار المانغروف من خلال التأثير على هياكل المجتمع الميكروبية، إلى جانب الملوحة والرطوبة. تم العثور على البكتيريا كعوامل حيوية رئيسية مع قدرات التمثيل الضوئي أو تدهور عديد السكاريد أو تثبيت النيتروجين، والتي كانت مؤشرات محتملة لرصد صحة أشجار المانغروف، بالإضافة إلى المشاركين الأساسيين في تخزين كربونات المانغروف الزرقاء والتخفيف من الاحترار المناخي. وسعت هذه الدراسة معرفة أشجار المانغروف للاختلاف المكاني والزماني وتوزيع وتنظيم هياكل المجتمع الميكروبية، وبالتالي زيادة توضيح الأدوار الميكروبية في إدارة أشجار المانغروف وتنظيم المناخ.Translated Description (French)
Résumé Contexte Les rôles microbiens dans le cycle des éléments et la fourniture de nutriments sont cruciaux pour les écosystèmes de mangrove et servent d'importants régulateurs du changement climatique dans l'écosystème terrestre. Cependant, certaines informations clés sur les influences spatio-temporelles et les facteurs de formation abiotiques et biotiques des communautés microbiennes dans les sédiments de mangrove restent manquantes. Méthodes Dans ce travail, 22 échantillons de sédiments ont été prélevés à partir de plusieurs dimensions spatio-temporelles, y compris trois emplacements, deux profondeurs et quatre saisons, et les structures des communautés bactériennes, archéales et fongiques dans ces échantillons ont été étudiées en utilisant le séquençage des amplicon. Résultats Les structures de la communauté microbienne ont été variées dans les échantillons de différentes profondeurs et emplacements en fonction des résultats de l'analyse de la taille de l'effet LDA, de l'analyse des coordonnées principales, de l'analyse des similitudes et de l'ANOVA multivariée permutationnelle. Cependant, ces structures de communautés microbiennes étaient stables parmi les échantillons saisonniers. Les modèles d'ajustement linéaire et le test de Mantel ont montré que parmi les 13 facteurs environnementaux mesurés dans cette étude, la taille des particules des sédiments (PS) était le facteur de forme abiotique clé pour la structure de la communauté bactérienne, archéale ou fongique. Outre le PS, la salinité et l'humidité étaient également des facteurs d'impact significatifs selon l'analyse de corrélation canonique ( p ≤ 0,05). Les réseaux de co-occurrence ont démontré que les bactéries attribuées aux phyla Ignavibacteriae, Proteobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi et Acidobacteria étaient les principaux facteurs biotiques pour façonner la communauté bactérienne dans les sédiments de mangrove. Conclusions Ce travail a montré la variabilité sur les dimensions spatiales et la stabilité sur la dimension temporelle de la structure de la communauté microbienne bactérienne, archéale ou fongique, indiquant que les sédiments de la mangrove tropicale sont des environnements polyvalents mais stables. Le PS a servi de facteur abiotique clé pouvant indirectement participer à la circulation des matériaux dans les mangroves en influençant les structures des communautés microbiennes, ainsi que la salinité et l'humidité. Les bactéries en tant que facteurs biotiques clés ont été trouvées avec les capacités de photosynthèse, de dégradation des polysaccharides ou de fixation de l'azote, qui étaient des indicateurs potentiels pour surveiller la santé de la mangrove, ainsi que des participants cruciaux au stockage des carbones bleus de la mangrove et à l'atténuation du réchauffement climatique. Cette étude a élargi les connaissances des mangroves pour la variation spatio-temporelle, la distribution et la régulation des structures de la communauté microbienne, élucidant ainsi davantage les rôles microbiens dans la gestion des mangroves et la régulation du climat.Translated Description (Spanish)
Resumen Antecedentes Los roles microbianos en el ciclo de los elementos y el suministro de nutrientes son cruciales para los ecosistemas de manglares y sirven como reguladores importantes para el cambio climático en el ecosistema de la Tierra. Sin embargo, sigue faltando información clave sobre las influencias espaciotemporales y los factores de conformación abióticos y bióticos para las comunidades microbianas en los sedimentos de manglares. Métodos En este trabajo, se recolectaron 22 muestras de sedimentos de múltiples dimensiones espaciotemporales, incluidas tres ubicaciones, dos profundidades y cuatro estaciones, y se estudiaron las estructuras comunitarias bacterianas, arqueológicas y fúngicas en estas muestras utilizando la secuenciación de amplicones. Resultados Las estructuras de la comunidad microbiana se variaron en las muestras de diferentes profundidades y ubicaciones en función de los resultados del análisis del tamaño del efecto LDA, el análisis de coordenadas principales, el análisis de similitudes y el ANOVA multivariante permutacional. Sin embargo, estas estructuras de la comunidad microbiana fueron estables entre las muestras estacionales. Los modelos de ajuste lineal y la prueba de Mantel mostraron que entre los 13 factores ambientales medidos en este estudio, el tamaño de partícula del sedimento (PS) fue el factor de conformación abiótica clave para la estructura de la comunidad bacteriana, arqueal o fúngica. Además de PS, la salinidad y la humedad también fueron factores de impacto significativos según el análisis de correlación canónica ( p ≤ 0.05). Las redes de co-ocurrencia demostraron que las bacterias asignadas a filos Ignavibacteriae, Proteobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi y Acidobacteria fueron los factores bióticos clave para dar forma a la comunidad bacteriana en los sedimentos de manglares. Conclusiones Este trabajo mostró la variabilidad en las dimensiones espaciales y la estabilidad en la dimensión temporal para la estructura de la comunidad microbiana bacteriana, arqueal o fúngica, lo que indica que los sedimentos de manglares tropicales son ambientes versátiles pero estables. El PS sirvió como el factor abiótico clave que podría participar indirectamente en la circulación del material en los manglares al influir en las estructuras de la comunidad microbiana, junto con la salinidad y la humedad. Las bacterias como factores bióticos clave se encontraron con las capacidades de fotosíntesis, degradación de polisacáridos o fijación de nitrógeno, que eran indicadores potenciales para monitorear la salud de los manglares, así como participantes cruciales en el almacenamiento de carbonos azules de los manglares y la mitigación del calentamiento climático. Este estudio amplió el conocimiento de los manglares para la variación espaciotemporal, la distribución y la regulación de las estructuras de la comunidad microbiana, lo que aclaró aún más los roles microbianos en el manejo de los manglares y la regulación del clima.Files
v1.pdf.pdf
Files
(8.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:8f01ea2a779c6a9753ac3c23011c141c
|
8.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يكشف تسلسل الأمبليكون عالي الإنتاجية عن التأثيرات المكانية والزمانية وعوامل التشكيل اللاأحيائية والأحيائية للمجتمعات الميكروبية في رواسب أشجار المانغروف الاستوائية في سانيا، الصين
- Translated title (French)
- Le séquençage d'amplicon à haut débit révèle les effets spatio-temporels, les facteurs de forme abiotiques et biotiques pour les communautés microbiennes dans les sédiments de mangroves tropicales à Sanya, en Chine
- Translated title (Spanish)
- La secuenciación de amplicones de alto rendimiento revela los efectos espaciotemporales, los factores de conformación abióticos y bióticos para las comunidades microbianas en los sedimentos de manglares tropicales en Sanya, China
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3119895305
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-34433/v1