Distinct taxonomic and functional profiles of high Arctic and alpine permafrost-affected soil microbiomes
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Global warming is affecting all cold environments, including the European Alps and Arctic regions. Here, permafrost may be considered a unique ecosystem harboring a distinct microbiome. The frequent freeze-thaw cycles occurring in permafrost-affected soils, and mainly in the seasonally active top layers, modify microbial communities and consequently ecosystem processes. Although taxonomic responses of the microbiomes in permafrost-affected soils have been widely documented, studies about how the microbial genetic potential, especially pathways involved in C and N cycling, changes between active-layer soils and permafrost soils are rare. Here, we used shotgun metagenomics to analyze the microbial and functional diversity and the metabolic potential of permafrost-affected soil collected from an alpine site (Val Lavirun, Engadin area, Switzerland) and a High Arctic site (Station Nord, Villum Research Station, Greenland). The main goal was to discover the key genes abundant in the active-layer and permafrost soils, with the purpose to highlight the potential role of the functional genes found. RESULTS: We observed differences between the alpine and High Arctic sites in alpha- and beta-diversity, and in EggNOG, CAZy, and NCyc datasets. In the High Arctic site, the metagenome in permafrost soil had an overrepresentation (relative to that in active-layer soil) of genes involved in lipid transport by fatty acid desaturate and ABC transporters, i.e. genes that are useful in preventing microorganisms from freezing by increasing membrane fluidity, and genes involved in cell defense mechanisms. The majority of CAZy and NCyc genes were overrepresented in permafrost soils relative to active-layer soils in both localities, with genes involved in the degradation of carbon substrates and in the degradation of N compounds indicating high microbial activity in permafrost in response to climate warming. CONCLUSIONS: Our study on the functional characteristics of permafrost microbiomes underlines the remarkably high functional gene diversity of the High Arctic and temperate mountain permafrost, including a broad range of C- and N-cycling genes, and multiple survival and energetic metabolisms. Their metabolic versatility in using organic materials from ancient soils undergoing microbial degradation determine organic matter decomposition and greenhouse gas emissions upon permafrost thawing. Attention to their functional genes is therefore essential to predict potential soil-climate feedbacks to the future warmer climate.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| 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 | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».