Hydrodynamic disturbance controls microbial community assembly and biogeochemical processes in coastal sediments

生物地球化学循环 微生物种群生物学 古细菌 生态学 沉积物 生物 基因组 扰动(地质) 生态系统 地球微生物学 丰度(生态学) 海洋学 水柱 生物地球化学 微生物生态学 环境化学 群落结构 水生生态系统 底栖区 营养循环 营养物 中观 地质学 细菌 化学 环境生物技术 古生物学 遗传学 生物化学 基因
作者
Ya-Jou Chen,Pok Man Leung,Perran L. M. Cook,Wei Wen Wong,Tess Hutchinson,Vera Eate,Adam J. Kessler,Chris Greening
出处
期刊:The ISME Journal [Springer Nature]
卷期号:16 (3): 750-763 被引量:35
标识
DOI:10.1038/s41396-021-01111-9
摘要

The microbial community composition and biogeochemical dynamics of coastal permeable (sand) sediments differs from cohesive (mud) sediments. Tide- and wave-driven hydrodynamic disturbance causes spatiotemporal variations in oxygen levels, which select for microbial generalists and disrupt redox cascades. In this work, we profiled microbial communities and biogeochemical dynamics in sediment profiles from three sites varying in their exposure to hydrodynamic disturbance. Strong variations in sediment geochemistry, biogeochemical activities, and microbial abundance, composition, and capabilities were observed between the sites. Most of these variations, except for microbial abundance and diversity, significantly correlated with the relative disturbance level of each sample. In line with previous findings, metabolically flexible habitat generalists (e.g., Flavobacteriaceae, Woeseaiceae, Rhodobacteraceae) dominated in all samples. However, we present evidence that aerobic specialists such as ammonia-oxidizing archaea (Nitrosopumilaceae) were more abundant and active in more disturbed samples, whereas bacteria capable of sulfate reduction (e.g., uncultured Desulfobacterales), dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA; e.g., Ignavibacteriaceae), and sulfide-dependent chemolithoautotrophy (e.g., Sulfurovaceae) were enriched and active in less disturbed samples. These findings are supported by insights from nine deeply sequenced metagenomes and 169 derived metagenome-assembled genomes. Altogether, these findings suggest that hydrodynamic disturbance is a critical factor controlling microbial community assembly and biogeochemical processes in coastal sediments. Moreover, they strengthen our understanding of the relationships between microbial composition and biogeochemical processes in these unique environments.
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