Metagenomics reveals spatial variation in cyanobacterial composition, function, and biosynthetic potential in the Winam Gulf, Lake Victoria, Kenya
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT The Winam Gulf in the Kenyan region of Lake Victoria experiences prolific, year-round cyanobacterial harmful algal blooms (cyanoHABs) which pose threats to human, livestock, and ecosystem health. To our knowledge, there is limited molecular research on the gulf’s cyanoHABs, and thus, the strategies employed for survival and proliferation by toxigenic cyanobacteria in this region remain largely unexplored. Here, we used metagenomics to analyze the Winam Gulf’s cyanobacterial composition, function, and biosynthetic potential. Dolichospermum was the dominant bloom-forming cyanobacterium, co-occurring with Microcystis at most sites. Microcystis and Planktothrix were more abundant in shallow and turbid sites. Metagenome-assembled genomes (MAGs) of Dolichospermum harbored nitrogen fixation genes, suggesting diazotrophy as a potential mechanism supporting the proliferation of Dolichospermum in the nitrogen-limited gulf. Over 300 biosynthetic gene clusters (BGCs) putatively encoding the synthesis of toxins and other secondary metabolites were identified across the gulf, even at sites where there were no visible cyanoHAB events. Almost all BGCs identified had no known synthesis product, indicating a diverse and novel biosynthetic repertoire capable of synthesizing harmful or potentially therapeutic metabolites. Microcystis MAGs contained mcy genes encoding the synthesis of hepatotoxic microcystins which are a concern for drinking water safety. These findings illustrate the spatial variation of bloom-forming cyanobacteria in the Winam Gulf and their available strategies to dominate different ecological niches. This study underscores the need for further use of genomic techniques to elucidate the dynamics and mitigate the potentially harmful effects of cyanoHABs and their associated toxins on human, environmental, and economic health. IMPORTANCE The Winam Gulf (Kenya) is a vital resource that experiences prolific cyanobacterial harmful algal blooms (cyanoHABs). Bloom-forming cyanobacteria produce cyanotoxins, threatening human and environmental health, recreation, and fishing. However, cyanotoxin production in the gulf has not been linked to a specific type of cyanobacteria. We used DNA sequencing of whole microbial communities to track the species of cyanobacteria present across the gulf and investigate the genes responsible for synthesis of known and novel toxins. Our results reveal Dolichospermum as the main bloom-forming cyanobacteria in the gulf, often co-occurring with high abundance of toxigenic Microcystis. Over 300 unique gene clusters were found, with most predicted to encode the synthesis of uncharacterized molecules. These results provide initial insights into the diverse biosynthetic potential encoded by cyanobacteria in the Winam Gulf and underscore the need to further elucidate and investigate the effects of known and novel molecules produced in cyanoHABs in this region.
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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 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 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 ».