Microbiología Ambiental oxidación y fijación de carbono en la costa

Microbiología Ambiental (2011) 13 (3), 758-774 doi:10,1111 /j.1462-2920.2010.02380.x

Novela Gammaproteobacteria catalizar grupos de azufre oxidación y fijación de carbono en la costa, intermareal sedimentemi_2380 758..774

Sabine Lenk, Julia obtendría, Katrice Zerjatke, Niculina Musat, Rudolf Amann y Marc Mußmann٭ Instituto Max Planck de microbiología marina, Celsiusstraße 1, 28359 Bremen, Alemania.

Resumen

La oxidación del sulfuro de hidrógeno a azufre es esencial el ciclismo en hábitats marinos. Sin embargo, el papel de azufre oxidación microbiana en los sedimentos marinos y los microorganismos involucrados son en gran parte desconocidos, a excepción de las filamentosas, mat-bacterias formadoras. En este estudio hemos explorado la diversidad, abundancia y actividad de azufre oxidantes de procariotas (SOP) en sul- fidic sedimentos intermareales con 16S rRNA y gen funcional análisis de la secuencia, de hibridación in situ fluorescente (FISH) y microautoradiography.

El 16S rRNA análisis reveló que los distintos clados del inculto Gammaproteobacteria son importantes SOP en la marea los sedimentos. Esto fue apoyado por el predominio de gammaproteobacte- rial en bibliotecas de clones secuencias de genes que codifican el retroceso desasimilatoria sulfito reductasa (rDSR) y la adenosina phosphosulfate reductasa (APR).

Numerosas secuencias de los tres genes agrupados con inculto autotrï SOP. En consecuencia, el Gam- maproteobacteria representaron el 40% y un 70% de todos 14CO2- incorporar las células en los sedimentos superficiales como se muestra por microautoradiography. Por otra parte, análisis filogenético de los tres genes sugieren una discreta población de SOP que estaba más estrechamente relacionados con el azufre oxidantes de endosimbiontes originadas de la tubeworm Oligobrachia spp. PECES demostraron que los miembros de esta población (WS-Gam209 grupo) fueron

8 -1 abundantes, hasta llegar a 1,3 ≥ 10 ml (4,6 % del total de las células). Aproximadamente el 25% de esta población anteproyecto CO2, coherente con un metabolismo más probable chemolithoautotrophic basado en el azufre oxidación.

Por lo tanto, proponemos la hipótesis de que novela, gammaproteobacte- rial SOP conectados a las partículas de sedimento puede jugar un

recibió 13 2010 Octubre ; aceptado 14 2010 Octubre. ٭For contami- riera. E-mail mmussman@mpi-bremen.de ; Tel. (+ 49) 421 2028 936; Fax: (+ 49) 421 580 2028.

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papel más importante para extracción de sulfuro y la producción primaria en los sedimentos marinos que se había pensado.

Introducción

grandes cantidades de sulfuro de hidrógeno son producidas por bacterias sulfato-reductoras en ricos sedimentos costeros (Jørgensen, 1982). La mayoría de este metabolito tóxico ya está re-oxidada en superficie del sedimento.

En este sentido, la contribución relativa de química versus- vemente oxidación de sulfuro y la mayoría del órgano involucrado- están aún desconocidas (Jørgensen y Nelson, 2004).

Estudios bentónicos en azufre oxidantes de procariotas (SOP) hasta la fecha se centró principalmente en "grandes bacterias del azufre" como sulfuro Beggiatoa spp o Thioploca que a menudo las alfombras en forma conspicua superficie del sedimento (Jørgensen y Nelson, 2004). Sin embargo, se presentan como fenómenos locales y sólo representan una pequeña fracción de marina SOP. Por el contrario, no formando una especie de "alfombra, unicelulares SOP del estado óxico-anoxia zona de transición rara vez han sido investi- gated, aunque pueden contribuir significativamente a azufre oxidación en sedimentos marinos (Bruechert et al., 2003).

La mayoría de los estudios de los SOP se basó en el cultivo y

5 -1 en números estimados de 10 ml a

9 10 -1 ml de NMP (Schaub y Gemerden, 1996; Brinkhoff et al., 1998; Heijs et al., 1999; Imhoff y Podgorsek, 1999). Chemolithoau- totrophic de azufre y Epsilonproteobacteria Gammaproteobacteria oxidantes como Thiomicrospira, Arco- cos y Sulfurimonas sulfidicus denitrificans han movili- han sido aislados de sedimentos marinos y se sugirió que eran importantes para la protección del medio ambiente y Doctor A. L. Veldkamp (Kuenen, 1972; Timmer-Ten Hoor, 1975; Brinkhoff et al., 1999; Wirsen et al., 2002). Estudios detallados sobre la abundancia de SOP evitando el sesgo cultivo son escasos. Cultura de los estudios independientes sobre los sedimentos costeros han encontrado consistentemente Gammaproteobacteria en altas frecuencias en 16S rRNA las bibliotecas o en alta vivi- números celulares (Ishii et al., 2004; Asami et al., 2005; Buehring et al., 2005; Hong et al., 2006; Musat et al., 2006; Gillan y Pernet, 2007; Feng et al., 2009). Para algunos de los grupos no cultivada principalmente la capacidad para

oxidar el azufre ha sido sugerida por su relación filogenética con quimioautotrï¿ ½icos azufre oxidantes SOP, en particular con azufre oxidantes de sym- bionts de invertebrados marinos (Ravenschlag et al., 1999; Bowman et al., 2003; Meyer y Kuever, 2007a).

En un estudio Ravenschlag y sus colegas (2001)

detectaron 10 -1 7 ml de células putativa, gammaproteo- bacteriano SOP en el ártico los sedimentos superficiales basados en 16S rRNA y filogenia in situ con fluorescencia hybri dization-. Sin embargo, poblaciones específicas no fueron respec- tivos y que no hay indicios de actividad in situ.

Es un hecho ampliamente reconocido que la asignación de rasgos fisiológicos basados en 16S rRNA filogenia es de uso limitado. Para explorar la diversidad ambiental de SOP con más detalle, los genes que codifican para enzimas claves de azufre oxidación diferentes vías se han aplicado como filogenética y marcadores funcionales (Petri et al., 2001; Meyer et al., 2007; Pham et al., 2008). Por ejemplo, los genes que codifican para las aprBA APS reductasa son generalizados, pero también se produce en algunos no-sulfuro de microorganismos oxidantes (Meyer y Kuever, 2007a,b).

Recientemente, el retroceso desasimilatoria sulfito reductasa (rDSR) se ha introducido como un marcador adecuado para SOP como 16S rRNA y filogenia rDSR son en gran parte consistentes (Loy et al., 2009). Es involucradas en la oxidación de azufre elemental formado transitoriamente/ polisulfeto de sulfito (Pott y Dahl, 1998; Dahl et al., 2005). Los genes que codifican las subunidades alfa y beta de la rDSR (dsrAB) se han encontrado en SOP tales como la libertad de vivir y muchas bacterias simbióticas que son actores clave en azufre ciclismo en ambientes marinos (Mussmann et al., 2007; Lavik et al., 2009; Loy et al., 2009; Walsh et al., 2009).

En este estudio se investigó la diversidad, abundancia y actividad de SOP en los sedimentos superficiales las mareas métodos independientes del cultivo. Nos hemos centrado en el plano de "arena intermareales Janssand" que se encuentra en el Mar de Wadden, y se caracteriza por programaf azufre transformaciones. En este caso, suele ser sulfuro-oxidado en la parte superior 3 cm de la superficie la sedi- en la zona de transición de oxígeno, nitratos y sulfatos (Gao et al., 2009; Jansen et al., 2009). Esto se traduce en las suspensiones de turbias y polisulfuros azufre elemental en la superficie del sedimento (Kamyshny y Ferdelman, 2007). La diversidad de SOP se estudió mediante la combinación de los 16S rRNA completo ciclo comparativo con dsrAB análisis filogenético de los genes y del apra. La dsrAB se amplificaron los novedosos y publicadas con cebadores para cubrir un mayor diversidad. In situ con fluorescencia hybridiza- (pescado) se aplicó con novedosos y publicadas para identificar candidatos sondas SOP en el sedimento. Dado que muchos reconocidos SOP son autótrofas, hemos combinado con PECES microautoradiography (MAR) para identificar activamente CO2-incorporando las células.

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azufre oxidantes de procariotas en sedimentos marea 759

resultados

diversidad de genes del 16S rRNA y candidato SOP

una amplia 16S rRNA se realizó un análisis para identificar candidatos Janssand SOP en los sedimentos. Tres genes del 16S rRNA bibliotecas fueron construidos a partir de ADN que se extrajo muestras de sedimento superficial en noviembre de 2004, abril de 2005 y marzo de 2007. En total 790 clon se ha recuperado y las secuencias fueron tamizadas para inclu- SOP entre todos filos bacterianos. Ninguno de los recupera las secuencias están estrechamente relacionadas con el SOP entre los Chlo- robi o Epsilonproteobacteria. Aunque Gammaproteo de bacterias representaron 40% de todas las secuencias (Fig. S1), no hay secuencias relacionadas con el conocido gammaproteobacterial SOP como fotótrofas Chromatiales, filamentosas azufre oxidantes como sulfuro Beggiatoa spp o previamente aisladas Thiomicrospira Thiobacillus o especies. Para tener una mirada más cercana a otros posibles SOP entre los Gammaproteobac scs 169 de longitud completa secuencias de genes del 16S rRNA fueron phy- logenetically analizados con más detalle. Estos se clasifican en 69 unidades taxonómicas operacionales (OTUs), sobre la base de una identidad 97% de la secuencia de corte. Las secuencias fueron analizadas y filogenéticamente representante las secuencias de cada UOT fueron seleccionados en la ilustración en el árbol filogenético (Fig. 1). La mayoría (54 OTUs) agrupadas con secuencias procedentes de las zonas costeras y los sedimentos del fondo del mar.

En total, 21 OTUs muestra estable tanto con sus ramas de máxima-verosimilitud y métodos- relaciones con el azufre de las bacterias oxidantes (Fig. 1, Tabla S1).

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