Разнообразные, редкие таксоны микробов отреагировали на глубоководный горизонт Deepwater Horizon.

Журнал ISME, том 10, страницы 400–415 (2016 г.) Процитировать эту статью

5562 Доступа

98 цитат

25 Альтметрика

Подробности о метриках

Выброс нефтяной скважины Deepwater Horizon (DWH) породил огромный шлейф рассеянных углеводородов, который существенно изменил глубоководное микробное сообщество Мексиканского залива. Наблюдалось значительное обогащение различных микробных популяций, однако мало что известно о численности и богатстве конкретных микробных экотипов, участвующих в биодеградации газа, нефти и диспергентов после разливов нефти. Здесь мы документируем ранее непризнанное разнообразие близкородственных таксонов, связанных с Cycloclasticus, Colwellia и Oceanospirillaceae, и описываем их пространственно-временное распространение в глубоководных водах залива, в непосредственной близости от места сброса и на возрастающем расстоянии от него, до, во время и после разряд. Высокочувствительный вычислительный метод (олиготипирование), примененный к набору данных, полученному в результате пиросеквенирования 454 тегов областей V4–V6 бактериального гена 16S рибосомальной РНК, позволил обнаружить динамику популяции на субоперационном уровне таксономической единицы (сходство последовательностей 0,2%). ). Биогеохимическую характеристику глубоководных образцов оценивали по общему количеству клеток, концентрации короткоцепочечных алканов (C1–C5), питательных веществ, (окрашенного) растворенного органического и неорганического углерода, а также скорости окисления метана. Статистический анализ выявил факторы окружающей среды, которые сформировали экологически значимую динамику олиготипов, которые, вероятно, представляют собой отдельные экотипы. Крупные предприятия по разложению углеводородов, адаптированные к медленно-диффузионному просачиванию природных углеводородов в Мексиканском заливе, оказались неспособными справиться с условиями, возникшими во время разлива DWH, или были вытеснены. Напротив, численность разнообразных и редких таксонов быстро увеличивалась, что подчеркивает важность специализированных субпопуляций и потенциальных экотипов во время массовых глубоководных разливов нефти и, возможно, других крупномасштабных возмущений.

Крупнейший в истории выброс углеводородов в открытый океан привел к выбросу беспрецедентных объемов газа и нефти в глубокий океан северной части Мексиканского залива (далее — Залив) после взрыва и затопления морской буровой платформы Deepwater Horizon (DWH) в 2010 году. В начале инцидента с DWH, еще до того, как поврежденный стояк был перерезан, закачка углеводородов в толщу воды произошла в виде выраженной струи, выходящей из сломанного стояка, изменив химический состав глубоководных скважин в районе устья скважины Макондо. Струя нефти и газа, поднимающаяся в толщу воды, увлекала холодную морскую воду (Johansen et al., 2001; Socolofsky et al., 2011) и создавала богатый углеводородами глубоководный шлейф, который был обнаружен к юго-западу от скважины по его флуоресценции. подписью (Camilli et al., 2010; Diercks et al., 2010; Hazen et al., 2010) и профилем светорассеяния (Diercks et al., 2010), а также повышенными концентрациями специфических углеводородов (Camilli et al., 2010) ., 2010; Diercks et al., 2010; Valentine et al., 2010; Joye et al., 2011; Kessler et al., 2011b; Reddy et al., 2012) и диспергатора Corexit (Kujawinski et al., 2011). Глубоководный шлейф охватывал глубины от 1000 до 1300 м в районе длиной не менее 35 км и шириной 2 км (Camilli et al., 2010).

В начале сброса DWH глубоководные воды, подвергшиеся воздействию углеводородов, содержали значительно обогащенные популяции бактерий, родственные Oceanospirillum, Cycloclasticus, Colwellia, Pseudoalteromonas, Rhodobacterales и метилотрофам (Mason et al., 2012; Reddy et al., 2012; Redmond and Valentine). , 2012; Валентайн и др., 2012). Наблюдения на месте и лабораторные данные свидетельствуют о том, что эти бактерии сыграли ключевую роль в биоразложении нефти в шлейфе. Изменение состава углеводородов предполагает преимущественное микробное использование нефтесодержащих короткоцепочечных и высокомолекулярных алканов (Valentine et al., 2010; Kessler et al., 2011b), тогда как локальные аномалии растворенного кислорода (Joye et al., 2011) ; Kessler et al., 2011a, 2011b) указали на обширное аэробное алкановое дыхание (Valentine et al., 2010; Crespo-Medina et al., 2014). Кроме того, зондирование стабильными изотопами и геномика одиночных клеток выявили микробные популяции, участвующие в деградации углеводородов или обогащении метаболических генов, которые управляют деградацией углеводородов в шлейфе: Colwellia, вероятно, окисляет этан и пропан (Redmond and Valentine, 2012), Oceanospirillum разлагает циклогексан (Redmond and Valentine, 2012). Mason et al., 2012) и Cycloclasticus, использующих полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) (Якимов и др., 1998).

21 500 reads) and were therefore not rarefied. Rarefication for all other samples was calculated 100 times, generating 100 OTU tables that were averaged to present the mean rarefied observation of each OTU in each sample. Mann–Whitney–Wilcoxon analyses verified that rarefied data were not statistically different from the unrarefied data (P=0.8252). Alpha diversity indexes were calculated for the non-rarefied OTU table, a random rarefied OTU table and the averaged (100 calculations) rarefied OTU table. The diversity estimates (Supplementary Table S4) changed only slightly between the non-rarefied and the rarefied OTU tables. To retain information for oligotyping, we proceeded with the non-rarefied OTU table. We converted sequence observations to relative abundance data, scaled from 0 to 100% of the community, and Morisita–Horn beta diversity indexes were calculated for all OTUs and all oligotypes (see below), as well as for Colwellia, Oceaniserpentilla, Cycloclasticus and SAR11 oligotypes, separately./p>450 bp), so we limited high-entropy locations of interest to the lowest noise areas in the V6, V5 and the end of V4 regions. We retained oligotypes that were observed in a minimum of 10% of samples in which the genus appeared, were 0.1% or more abundant in at least one sample, and in which the most abundant unique sequence was 0.05% of all reads in that genus. A detailed example of the oligotyping procedure is described in the Supplementary Materials./p>10 μM and/or water depths between 1000 to 1300 m (during the discharge), whereas ‘non-plume samples’ exhibited lower methane concentrations but still held evidence of impact by the DWH oil discharge (methane concentrations >10 nM but <10 μM and water depths above 1000 m or below 1300 m). To compare plume populations with native oil-degrading bacterial communities, we obtained deepwater samples from two natural hydrocarbon seeps, MC118 and GC600 (Orcutt et al., 2005; Bowles et al., 2011)./p>5% relative abundance during the DWH oil spill; Figure 4) appeared strikingly diverse in the 16S rRNA gene tree and sequences scattered throughout the Colwelliaceae opposed to the formation of phylogenetically distinct clusters. The detected phylogenetic diversity of Colwellia during the DWH oil spill likely reflects the physiological diversity of this group and their ability to respond to a range of environmental conditions. Interestingly, Colwellia sp. RC25 isolated with MC252 oil from DWH-contaminated waters (Bælum et al., 2012) is not closely related to any of the taxa detected during the DWH oil discharge in previous reports or any of the Colwellia oligotypes reported here (Figure 4). Although the cultivar Colwellia sp. RC25 (Bælum et al., 2012) serves as a valuable model organism, its physiology (for example, substrate preferences, optimal growth conditions and activity) may not reflect that of the Colwellia ecotypes that dominated during the DWH discharge./p>

Блог

Разнообразные, редкие таксоны микробов отреагировали на глубоководный горизонт Deepwater Horizon.