Published January 12, 2023
| Version v1
Publication
Open
Biogeography and potential ecological functions of prokaryotes in the hydrothermal and non-hydrothermal field sediments of the Indian Ocean Ridges
Creators
- 1. University of Chinese Academy of Sciences
- 2. Microbiology Institute of Shaanxi
- 3. Institute of Microbiology
- 4. Chinese Academy of Sciences
- 5. South China University of Technology
- 6. Second Institute of Oceanography
- 7. Ministry of Natural Resources
Description
A consensus is emerging on marine microbial biogeography. However, knowledge of the biodiversity and biogeographic patterns of deep-sea microbes and the drivers is far from adequate. In this study, we investigated the diversity and biogeography of prokaryotes at the Indian Ocean Ridges (IOR) using 16S rRNA gene and dsrB sequencing combined with bioinformatics analyses. A total of 39 hydrothermal field sediment (HFS) and non-hydrothermal field sediment (NHFS) samples were collected from the Carlsberg Ridge (CR) and Southwest Indian Ridge (SWIR). Seventy-four prokaryotic phyla were detected in the samples, of which 13 phyla were distributed across all samples. The composition of prokaryotic communities diverged between HFSs and NHFSs, but not between the CR and SWIR. Sixteen phyla were differentially enriched between HFSs and NHFSs. The community structure was significantly correlated to calcium, sulfur, total phosphorus, and total nitrogen, the first three of which were the main distinguishing factors of HFSs and NHFSs. Moreover, a weak distance–decay pattern was observed among the NHFS communities. PICRUSt predictions revealed functional discrepancies in carbon and nitrogen metabolism between the HFS and NHFS communities, and dsrB sequencing analysis indicated higher diversity of sulfate reduction genes and taxa in HFSs than in NHFSs. The diversity and relative abundance of corresponding functional taxa and genes suggested that the nitrogen cycle might be centralized in an energy-generating manner to support the microbial community in NHFSs while the sulfur cycle is more important for the HFS community. These findings provide new insights into microbial biogeography and metabolic differentiation along the IOR that are influenced by hydrothermal activity.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يظهر توافق في الآراء بشأن الجغرافيا الحيوية الميكروبية البحرية. ومع ذلك، فإن المعرفة بالتنوع البيولوجي والأنماط الجغرافية الحيوية لميكروبات أعماق البحار ودوافعها بعيدة كل البعد عن أن تكون كافية. في هذه الدراسة، قمنا بالتحقيق في التنوع والجغرافيا الحيوية لبدائيات النوى في مرتفعات المحيط الهندي (IOR) باستخدام جين 16S rRNA وتسلسل dsrB جنبًا إلى جنب مع تحليلات المعلوماتية الحيوية. تم جمع ما مجموعه 39 عينة من رواسب الحقول الحرارية المائية (HFS) ورواسب الحقول غير الحرارية (NHFS) من سلسلة جبال كارلسبرغ (CR) وسلسلة جبال جنوب غرب الهند (SWIR). تم الكشف عن 74 شُعَب بدائية النواة في العينات، منها 13 شُعَب موزعة على جميع العينات. تباين تكوين المجتمعات بدائية النواة بين HFSs و NHFSs، ولكن ليس بين CR و SWIR. تم إثراء ستة عشر شعبًا بشكل تفاضلي بين HFSs و NHFSs. كان هيكل المجتمع مرتبطًا بشكل كبير بالكالسيوم والكبريت والفوسفور الكلي والنيتروجين الكلي، وكانت الثلاثة الأولى منها هي العوامل المميزة الرئيسية لـ HFSs و NHFSs. علاوة على ذلك، لوحظ وجود نمط ضعيف من اضمحلال المسافات بين مجتمعات NHFS. كشفت تنبؤات PICRUSt عن تناقضات وظيفية في استقلاب الكربون والنيتروجين بين مجتمعات HFS و NHFS، وأشار تحليل تسلسل dsrB إلى تنوع أعلى لجينات تقليل الكبريتات والأصناف في HFSs مقارنة بـ NHFSs. يشير التنوع والوفرة النسبية للأصناف والجينات الوظيفية المقابلة إلى أن دورة النيتروجين قد تكون مركزية بطريقة مولدة للطاقة لدعم المجتمع الميكروبي في NHFSs في حين أن دورة الكبريت أكثر أهمية لمجتمع HFS. توفر هذه النتائج رؤى جديدة في الجغرافيا الحيوية الميكروبية والتمايز الأيضي على طول IOR التي تتأثر بالنشاط الحراري المائي.Translated Description (French)
Un consensus se dégage sur la biogéographie microbienne marine. Cependant, la connaissance de la biodiversité et des modèles biogéographiques des microbes des grands fonds et des facteurs est loin d'être adéquate. Dans cette étude, nous avons étudié la diversité et la biogéographie des procaryotes à Indian Ocean Ridges (IOR) en utilisant le séquençage du gène de l'ARNr 16S et du dsrB combiné à des analyses bioinformatiques. Au total, 39 échantillons de sédiments hydrothermaux de terrain (HFS) et de sédiments non hydrothermaux de terrain (NHFS) ont été prélevés dans la dorsale Carlsberg (CR) et la dorsale sud-ouest de l'Inde (SWIR). Soixante-quatorze phylums procaryotes ont été détectés dans les échantillons, dont 13 phylums répartis sur tous les échantillons. La composition des communautés procaryotes divergeait entre les HFS et les NHFS, mais pas entre le CR et le SWIR. Seize phylums ont été enrichis différemment entre les HFS et les NHFS. La structure de la communauté était significativement corrélée au calcium, au soufre, au phosphore total et à l'azote total, les trois premiers étant les principaux facteurs distinctifs des HFS et des NHFS. De plus, un faible modèle de décroissance de la distance a été observé parmi les communautés NHFS. Les prédictions PICRUSt ont révélé des divergences fonctionnelles dans le métabolisme du carbone et de l'azote entre les communautés HFS et NHFS, et l'analyse du séquençage dsrB a indiqué une plus grande diversité de gènes de réduction du sulfate et de taxons dans les HFS que dans les NHFS. La diversité et l'abondance relative des taxons et des gènes fonctionnels correspondants ont suggéré que le cycle de l'azote pourrait être centralisé d'une manière génératrice d'énergie pour soutenir la communauté microbienne dans les NHFS alors que le cycle du soufre est plus important pour la communauté des HFS. Ces résultats fournissent de nouvelles informations sur la biogéographie microbienne et la différenciation métabolique le long de l'IOR qui sont influencées par l'activité hydrothermale.Translated Description (Spanish)
Está surgiendo un consenso sobre la biogeografía microbiana marina. Sin embargo, el conocimiento de la biodiversidad y los patrones biogeográficos de los microbios de aguas profundas y los impulsores está lejos de ser adecuado. En este estudio, investigamos la diversidad y la biogeografía de procariotas en las Crestas del Océano Índico (IOR) utilizando el gen 16S rRNA y la secuenciación dsrB combinada con análisis bioinformáticos. Se recolectaron un total de 39 muestras de sedimentos de campo hidrotérmicos (HFS) y sedimentos de campo no hidrotérmicos (NHFS) de Carlsberg Ridge (CR) y Southwest Indian Ridge (SWIR). Se detectaron setenta y cuatro filos procariotas en las muestras, de los cuales 13 filos se distribuyeron en todas las muestras. La composición de las comunidades procariotas divergió entre HFS y NHFS, pero no entre CR y SWIR. Dieciséis filos se enriquecieron diferencialmente entre HFS y NHFS. La estructura de la comunidad se correlacionó significativamente con el calcio, el azufre, el fósforo total y el nitrógeno total, los tres primeros de los cuales fueron los principales factores distintivos de los HFS y NHFS. Además, se observó un patrón débil de decaimiento de la distancia entre las comunidades de NHFS. Las predicciones de PICRUSt revelaron discrepancias funcionales en el metabolismo del carbono y el nitrógeno entre las comunidades de HFS y NHFS, y el análisis de secuenciación dsrB indicó una mayor diversidad de genes y taxones de reducción de sulfato en HFS que en NHFS. La diversidad y la abundancia relativa de los taxones y genes funcionales correspondientes sugirieron que el ciclo del nitrógeno podría centralizarse de manera generadora de energía para apoyar a la comunidad microbiana en los NHFS, mientras que el ciclo del azufre es más importante para la comunidad de HFS. Estos hallazgos proporcionan nuevos conocimientos sobre la biogeografía microbiana y la diferenciación metabólica a lo largo del IOR que están influenciados por la actividad hidrotermal.Files
pdf.pdf
Files
(8.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:cb741b768cfb436d301ac48baffe67bd
|
8.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الجغرافيا الحيوية والوظائف الإيكولوجية المحتملة لبدائيات النوى في رواسب الحقل الحراري المائي وغير الحراري المائي في مرتفعات المحيط الهندي
- Translated title (French)
- Biogéographie et fonctions écologiques potentielles des procaryotes dans les sédiments hydrothermaux et non hydrothermaux des dorsales de l'océan Indien
- Translated title (Spanish)
- Biogeografía y posibles funciones ecológicas de los procariotas en los sedimentos de campo hidrotérmicos y no hidrotérmicos de las cordilleras del Océano Índico
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4315641084
- DOI
- 10.3389/fmars.2022.1072569
References
- https://openalex.org/W1482303441
- https://openalex.org/W1499863402
- https://openalex.org/W1680941969
- https://openalex.org/W1974601738
- https://openalex.org/W1980011143
- https://openalex.org/W1985544238
- https://openalex.org/W1985563434
- https://openalex.org/W1988925586
- https://openalex.org/W1994047524
- https://openalex.org/W1999674395
- https://openalex.org/W2000556940
- https://openalex.org/W2001660654
- https://openalex.org/W2006048429
- https://openalex.org/W2015841022
- https://openalex.org/W2017547493
- https://openalex.org/W2018314772
- https://openalex.org/W2020116719
- https://openalex.org/W2020577363
- https://openalex.org/W2026927102
- https://openalex.org/W2030822520
- https://openalex.org/W2031611770
- https://openalex.org/W2036387492
- https://openalex.org/W2038150241
- https://openalex.org/W2045734417
- https://openalex.org/W2062579346
- https://openalex.org/W2062809729
- https://openalex.org/W2063386439
- https://openalex.org/W2072970694
- https://openalex.org/W2073898470
- https://openalex.org/W2082854217
- https://openalex.org/W2086865963
- https://openalex.org/W2088833470
- https://openalex.org/W2098301314
- https://openalex.org/W2103296919
- https://openalex.org/W2103550580
- https://openalex.org/W2104318549
- https://openalex.org/W2107240865
- https://openalex.org/W2107903949
- https://openalex.org/W2109382729
- https://openalex.org/W2110065044
- https://openalex.org/W2116276518
- https://openalex.org/W2124351063
- https://openalex.org/W2131062810
- https://openalex.org/W2133856765
- https://openalex.org/W2136299595
- https://openalex.org/W2136879569
- https://openalex.org/W2139989406
- https://openalex.org/W2144572303
- https://openalex.org/W2148781049
- https://openalex.org/W2151350595
- https://openalex.org/W2152380697
- https://openalex.org/W2152748499
- https://openalex.org/W2153109441
- https://openalex.org/W2157107905
- https://openalex.org/W2158570900
- https://openalex.org/W2158714788
- https://openalex.org/W2168644909
- https://openalex.org/W2168722917
- https://openalex.org/W2170816306
- https://openalex.org/W2267413077
- https://openalex.org/W2311203695
- https://openalex.org/W2346408898
- https://openalex.org/W2358660440
- https://openalex.org/W2486025431
- https://openalex.org/W2510072571
- https://openalex.org/W253346165
- https://openalex.org/W2561287451
- https://openalex.org/W2584637104
- https://openalex.org/W2604585688
- https://openalex.org/W2609006221
- https://openalex.org/W2617590799
- https://openalex.org/W2765605573
- https://openalex.org/W2771082521
- https://openalex.org/W2786055051
- https://openalex.org/W2789511815
- https://openalex.org/W2796422478
- https://openalex.org/W2905991063
- https://openalex.org/W2907128502
- https://openalex.org/W2932093252
- https://openalex.org/W2981084200
- https://openalex.org/W2998968662
- https://openalex.org/W3030441098
- https://openalex.org/W3032016142
- https://openalex.org/W3095001187
- https://openalex.org/W3161417121
- https://openalex.org/W3174993126
- https://openalex.org/W3206535635
- https://openalex.org/W4206004455
- https://openalex.org/W4236828145
- https://openalex.org/W602862140