Published July 25, 2023 | Version v1
Publication Open

Ecological differentiation and assembly processes of abundant and rare bacterial subcommunities in karst groundwater

Creators

  • 1. Peking University
  • 2. Fujian Agriculture and Forestry University
  • 3. Xi'an University of Technology
  • 4. Beijing Normal University

Description

The ecological health of karst groundwater has been of global concern due to increasing anthropogenic activities. Bacteria comprising a few abundant taxa (AT) and plentiful rare taxa (RT) play essential roles in maintaining ecosystem stability, yet limited information is known about their ecological differentiation and assembly processes in karst groundwater. Based on a metabarcoding analysis of 64 groundwater samples from typical karst regions in southwest China, we revealed the environmental drivers, ecological roles, and assembly mechanisms of abundant and rare bacterial communities. We found a relatively high abundance of potential functional groups associated with parasites and pathogens in karst groundwater, which might be linked to the frequent regional anthropogenic activities. Our study confirmed that AT was dominated by Proteobacteria and Campilobacterota, while Patescibacteria and Chloroflexi flourished more in the RT subcommunity. The node-level topological features of the co-occurrence network indicated that AT might share similar niches and play more important roles in maintaining bacterial community stability. RT in karst groundwater was less environmentally constrained and showed a wider environmental threshold response to various environmental factors than AT. Deterministic processes, especially homogeneous selection, tended to be more important in the community assembly of AT, whereas the community assembly of RT was mainly controlled by stochastic processes. This study expanded our knowledge of the karst groundwater microbiome and was of great significance to the assessment of ecological stability and drinking water safety in karst regions.

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

Translated Description (Arabic)

كانت الصحة البيئية للمياه الجوفية الكارستية مصدر قلق عالمي بسبب زيادة الأنشطة البشرية. تلعب البكتيريا التي تضم عددًا قليلاً من الأصناف الوفيرة (AT) والأصناف النادرة الوفيرة (RT) أدوارًا أساسية في الحفاظ على استقرار النظام الإيكولوجي، ومع ذلك لا تُعرف سوى معلومات محدودة عن تمايزها البيئي وعمليات تجميعها في المياه الجوفية الكارستية. استنادًا إلى تحليل ما وراء الترميز لـ 64 عينة من المياه الجوفية من مناطق الكارست النموذجية في جنوب غرب الصين، كشفنا عن الدوافع البيئية والأدوار البيئية وآليات التجميع للمجتمعات البكتيرية الوفيرة والنادرة. وجدنا وفرة عالية نسبيًا من المجموعات الوظيفية المحتملة المرتبطة بالطفيليات ومسببات الأمراض في المياه الجوفية الكارستية، والتي قد تكون مرتبطة بالأنشطة البشرية الإقليمية المتكررة. أكدت دراستنا أن AT كانت تهيمن عليها Proteobacteria و Campilobacterota، في حين ازدهرت Patescibacteria و Chloroflexi أكثر في المجتمع الفرعي RT. أشارت السمات الطوبوغرافية على مستوى العقدة لشبكة التواجد المشترك إلى أن AT قد تشترك في منافذ مماثلة وتلعب أدوارًا أكثر أهمية في الحفاظ على استقرار المجتمع البكتيري. كان RT في المياه الجوفية الكارستية أقل تقييدًا بيئيًا وأظهر استجابة عتبة بيئية أوسع للعوامل البيئية المختلفة من AT. تميل العمليات الحتمية، وخاصة الانتقاء المتجانس، إلى أن تكون أكثر أهمية في التجمع المجتمعي لـ AT، في حين أن التجمع المجتمعي لـ RT كان يتم التحكم فيه بشكل أساسي من خلال العمليات العشوائية. وسعت هذه الدراسة معرفتنا بميكروبات المياه الجوفية الكارستية وكانت ذات أهمية كبيرة لتقييم الاستقرار البيئي وسلامة مياه الشرب في المناطق الكارستية.

Translated Description (French)

La santé écologique des eaux souterraines karstiques a été une préoccupation mondiale en raison de l'augmentation des activités anthropiques. Les bactéries comprenant quelques taxons abondants (AT) et des taxons rares abondants (RT) jouent un rôle essentiel dans le maintien de la stabilité de l'écosystème, mais peu d'informations sont connues sur leur différenciation écologique et leurs processus d'assemblage dans les eaux souterraines karstiques. Sur la base d'une analyse de métabarcodage de 64 échantillons d'eaux souterraines provenant de régions karstiques typiques du sud-ouest de la Chine, nous avons révélé les facteurs environnementaux, les rôles écologiques et les mécanismes d'assemblage de communautés bactériennes abondantes et rares. Nous avons trouvé une abondance relativement élevée de groupes fonctionnels potentiels associés aux parasites et aux agents pathogènes dans les eaux souterraines karstiques, ce qui pourrait être lié aux fréquentes activités anthropiques régionales. Notre étude a confirmé que l'AT était dominé par les Proteobacteria et Campilobacterota, tandis que les Patescibacteria et Chloroflexi prospéraient davantage dans la sous-communauté RT. Les caractéristiques topologiques au niveau des nœuds du réseau de co-occurrence ont indiqué que l'AT pourrait partager des niches similaires et jouer des rôles plus importants dans le maintien de la stabilité de la communauté bactérienne. La RT dans les eaux souterraines karstiques était moins contraignante pour l'environnement et montrait une réponse seuil environnementale plus large à divers facteurs environnementaux que l'AT. Les processus déterministes, en particulier la sélection homogène, avaient tendance à être plus importants dans l'assemblée communautaire de l'AT, alors que l'assemblée communautaire de la RT était principalement contrôlée par des processus stochastiques. Cette étude a élargi nos connaissances sur le microbiome des eaux souterraines karstiques et a été d'une grande importance pour l'évaluation de la stabilité écologique et de la salubrité de l'eau potable dans les régions karstiques.

Translated Description (Spanish)

La salud ecológica de las aguas subterráneas cársticas ha sido motivo de preocupación mundial debido al aumento de las actividades antropogénicas. Las bacterias que comprenden unos pocos taxones abundantes (AT) y abundantes taxones raros (RT) desempeñan un papel esencial en el mantenimiento de la estabilidad del ecosistema, pero se conoce información limitada sobre su diferenciación ecológica y los procesos de ensamblaje en las aguas subterráneas kársticas. Basándonos en un análisis de metabarcodificación de 64 muestras de agua subterránea de regiones kársticas típicas del suroeste de China, revelamos los impulsores ambientales, los roles ecológicos y los mecanismos de ensamblaje de comunidades bacterianas abundantes y raras. Encontramos una abundancia relativamente alta de grupos funcionales potenciales asociados con parásitos y patógenos en las aguas subterráneas cársticas, lo que podría estar relacionado con las frecuentes actividades antropogénicas regionales. Nuestro estudio confirmó que la AT estaba dominada por Proteobacteria y Campilobacterota, mientras que Patescibacteria y Chloroflexi florecieron más en la subcomunidad de RT. Las características topológicas a nivel de nodo de la red de co-ocurrencia indicaron que la AT podría compartir nichos similares y desempeñar papeles más importantes en el mantenimiento de la estabilidad de la comunidad bacteriana. La RT en las aguas subterráneas cársticas estaba menos restringida ambientalmente y mostró una respuesta de umbral ambiental más amplia a varios factores ambientales que la AT. Los procesos deterministas, especialmente la selección homogénea, tendían a ser más importantes en el ensamblaje comunitario de AT, mientras que el ensamblaje comunitario de RT estaba controlado principalmente por procesos estocásticos. Este estudio amplió nuestro conocimiento del microbioma de las aguas subterráneas kársticas y fue de gran importancia para la evaluación de la estabilidad ecológica y la seguridad del agua potable en las regiones kársticas.

Files

pdf.pdf

Files (3.2 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
md5:9bf2506c709399c36315d82d0a62f97a
3.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التمايز البيئي وعمليات التجميع للمجتمعات الفرعية البكتيرية الوفيرة والنادرة في المياه الجوفية الكارستية
Translated title (French)
Différenciation écologique et processus d'assemblage des sous communautés bactériennes abondantes et rares dans les eaux souterraines karstiques
Translated title (Spanish)
Diferenciación ecológica y procesos de ensamblaje de subcomunidades bacterianas abundantes y raras en aguas subterráneas kársticas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4385239974
DOI
10.3389/fmicb.2023.1111383

Is supplement to
https://openalex.org/W4321612106 (Other)
https://openalex.org/W4285043068 (Other)
https://openalex.org/W3172590416 (Other)
https://openalex.org/W3012564136 (Other)
https://openalex.org/W2979588490 (Other)
https://openalex.org/W2899084033 (Other)
https://openalex.org/W2765955851 (Other)
https://openalex.org/W2473460856 (Other)
https://openalex.org/W2389315047 (Other)
https://openalex.org/W2006368158 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1130588615
  • https://openalex.org/W132141279
  • https://openalex.org/W1626448281
  • https://openalex.org/W1683434452
  • https://openalex.org/W1710807188
  • https://openalex.org/W1822226147
  • https://openalex.org/W1827740926
  • https://openalex.org/W1947998754
  • https://openalex.org/W1966623514
  • https://openalex.org/W1968134992
  • https://openalex.org/W1980153434
  • https://openalex.org/W1995371786
  • https://openalex.org/W1999964316
  • https://openalex.org/W2007929767
  • https://openalex.org/W2008350594
  • https://openalex.org/W2016557105
  • https://openalex.org/W2017987256
  • https://openalex.org/W2060915805
  • https://openalex.org/W2070826422
  • https://openalex.org/W2080283023
  • https://openalex.org/W2088833470
  • https://openalex.org/W2092244433
  • https://openalex.org/W2097946940
  • https://openalex.org/W2118001436
  • https://openalex.org/W2136660715
  • https://openalex.org/W2139545475
  • https://openalex.org/W2143854883
  • https://openalex.org/W2152885278
  • https://openalex.org/W2243651320
  • https://openalex.org/W2265459515
  • https://openalex.org/W2499618581
  • https://openalex.org/W2520355709
  • https://openalex.org/W2521392076
  • https://openalex.org/W2565868573
  • https://openalex.org/W2761955173
  • https://openalex.org/W2776285470
  • https://openalex.org/W2788881557
  • https://openalex.org/W2792622846
  • https://openalex.org/W2793316309
  • https://openalex.org/W2793856982
  • https://openalex.org/W2809470322
  • https://openalex.org/W2810686052
  • https://openalex.org/W2885159409
  • https://openalex.org/W2891788358
  • https://openalex.org/W2902134702
  • https://openalex.org/W2903359037
  • https://openalex.org/W2909525271
  • https://openalex.org/W2912809942
  • https://openalex.org/W2917490177
  • https://openalex.org/W2944548763
  • https://openalex.org/W2949315723
  • https://openalex.org/W2949521138
  • https://openalex.org/W2950832955
  • https://openalex.org/W2951235179
  • https://openalex.org/W2952570005
  • https://openalex.org/W2962727494
  • https://openalex.org/W2966514282
  • https://openalex.org/W2969422725
  • https://openalex.org/W2979832600
  • https://openalex.org/W2984523735
  • https://openalex.org/W2994631344
  • https://openalex.org/W3007040014
  • https://openalex.org/W3015318655
  • https://openalex.org/W3019635262
  • https://openalex.org/W3025715599
  • https://openalex.org/W3036175464
  • https://openalex.org/W3037652925
  • https://openalex.org/W3044451781
  • https://openalex.org/W3084008344
  • https://openalex.org/W3094696695
  • https://openalex.org/W3104470519
  • https://openalex.org/W3119565244
  • https://openalex.org/W3126918030
  • https://openalex.org/W3163963070
  • https://openalex.org/W3192786144
  • https://openalex.org/W3206034132
  • https://openalex.org/W3215831882
  • https://openalex.org/W3216141584
  • https://openalex.org/W4205874864
  • https://openalex.org/W4210874787
  • https://openalex.org/W4213193365
  • https://openalex.org/W4213341471
  • https://openalex.org/W4214755382
  • https://openalex.org/W4220655252
  • https://openalex.org/W4220739700
  • https://openalex.org/W4224257248
  • https://openalex.org/W4225908495
  • https://openalex.org/W4229452783
  • https://openalex.org/W4282914101
  • https://openalex.org/W4293716446
  • https://openalex.org/W4296028022