Investigating marine microbial reactions using novel approaches: Genetics and biogeochemistry

Abstract

Oynadıkları birçok önemli rollere rağmen, bakteriler deniz biyojeokimyasal döngülerinin en az bilinen bileşenlerinden biridir. Tür kompozisyonunun zamansal dinamiklerini ve aktif metabolizmalarını tespit etmek için yeni genetik analizlerin gücü kullanılmış ve biyokimyasal ölçümler ile birleştirilmiştir. Topluluk dinamikleri, 16S rRNA amplikon dizileme yaklaşımı kullanılarak çalışılmıştır. Kuzey Doğu Akdeniz'deki izleme istasyonun (dip derinliği 200 m) farklı derinliklerinden bir yıl boyunca aylık aralıklarla örnekler toplanmıştır. Azot döngüsünden sorumlu olan genlerin mRNA ifadeleri metatranscriptomics yaklaşım kullanılarak mevsimsel olarak incelenmiştir. Toplamda, 2213 dizi varyantı gözlenmiştir ve bunların arasında Proteobacteria, Bacteroidetes ve Cyanobacteria en fazla gözlenen filumlardır. En yüksek taksonomi seviyesinde, Pelagibacteriaceae familyasına ait SAR 11 kladının örneklerimizde oldukça baskındı olduğu ve ekotiplerinin dağılımının derinliklerinde farklılık gösterdiği görülmüştür. Clade Ia yüzey sularında daha baskın iken, Clade Ib daha derin sularda bulunmaktadır. Mevsimsellik bakteri topluğunun dinamiklerini en iyi açıklayan güç olarak görülmektedir. Prochlorococcus MIT 9313, sonbaharda yüzeyde Synechococcus CC9902'den dahabaskındır. Prochlorococcus MIT 9313 bölgemizde Derin Klorofil Maksimum oluşumuna daha fazla katkıda bulunmaktadır. Ek olarak, metatranskriptomiks sonuçları, çalışma bölgesinde azot fiksasyonunun baskın süreç olmadığını göstermiştir. Nitrospinae cinsi, derin sulardaki yüksek nitrat konsantrasyonlarından sorumludur. Bu çalışmada, bakterilerin Kuzey Doğu Akdeniz'in karbon ve azot döngüsünde oynadıkları önemli rolleri göstermiş bulunmaktayız.

Despite the many important roles, they play, bacteria are one of the least known components of the marine biogeochemical cycles. In order to determine the temporal dynamics of the species composition, and active metabolisms playing significant roles in the nitrogen cycling we used the power of novel genetic analyses and integrate biochemical measurements. Community dynamics were studied using 16S rRNA amplicon sequencing approach. Samples were collected with monthly intervals for one year from different depths of monitoring station (bottom depth 200 m) in the NE Mediterranean. mRNA expressions of genes that are responsible for nitrogen cycling were investigated seasonally using metatranscriptomics. In total, 2213 sequence variants were observed among which Proteobacteria, Bacteroidetes and Cyanobacteria were the mostly observed phylum. In the higher taxonomic level, SAR 11 clade belonging to Pelagibacteriaceae was highly dominant in our samples and its ecotypes show variation with depth. While Clade Ia more dominant in the surface waters, Clade Ib was abundant in the deeper waters. Seasonality found to be the main driver for patterns in bacterial communities. Prochlorococcus MIT 9313 was more abundant than Synechococcus CC9902 in the surface during fall. Prochlorococcus MIT 9313 contributes more to the formation of DCM in our region. Additionally, metatranscriptomics results showed that the nitrogen fixation is not the dominant process in the study region. Genus Nitrospinae are responsible for the high concentrations of nitrate in the deeper waters. We showed the importance of bacteria in the carbon and nitrogen cycling in the NE Mediterranean.