Genomic insights into cryptic cycles of microbial hydrocarbon production and degradation in contiguous freshwater and marine microbiomes
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Cyanobacteria and eukaryotic phytoplankton produce long-chain alkanes and generate around 100 times greater quantities of hydrocarbons in the ocean compared to natural seeps and anthropogenic sources. Yet, these compounds do not accumulate in the water column, suggesting rapid biodegradation by co-localized microbial populations. Despite their ecological importance, the identities of microbes involved in this cryptic hydrocarbon cycle are mostly unknown. Here, we identified genes encoding enzymes involved in the hydrocarbon cycle across the salinity gradient of a remote, vertically stratified, seawater-containing High Arctic lake that is isolated from anthropogenic petroleum sources and natural seeps. Metagenomic analysis revealed diverse hydrocarbon cycling genes and populations, with patterns of variation along gradients of light, salinity, oxygen, and sulfur that are relevant to freshwater, oceanic, hadal, and anoxic deep sea ecosystems. RESULTS: Analyzing genes and metagenome-assembled genomes down the water column of Lake A in the Canadian High Arctic, we detected microbial hydrocarbon production and degradation pathways at all depths, from surface freshwaters to dark, saline, anoxic waters. In addition to Cyanobacteria, members of the phyla Flavobacteria, Nitrospina, Deltaproteobacteria, Planctomycetes, and Verrucomicrobia had pathways for alkane and alkene production, providing additional sources of biogenic hydrocarbons. Known oil-degrading microorganisms were poorly represented in the system, while long-chain hydrocarbon degradation genes were identified in various freshwater and marine lineages such as Actinobacteria, Schleiferiaceae, and Marinimicrobia. Genes involved in sulfur and nitrogen compound transformations were abundant in hydrocarbon producing and degrading lineages, suggesting strong interconnections with nitrogen and sulfur cycles and a potential for widespread distribution in the ocean. CONCLUSIONS: Our detailed metagenomic analyses across water column gradients in a remote petroleum-free lake derived from the Arctic Ocean suggest that the current estimation of bacterial hydrocarbon production in the ocean could be substantially underestimated by neglecting non-phototrophic production and by not taking low oxygen zones into account. Our findings also suggest that biogenic hydrocarbons may sustain a large fraction of freshwater and oceanic microbiomes, with global biogeochemical implications for carbon, sulfur, and nitrogen cycles. Video Abstract.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».