The spatial distribution and biogeochemical drivers of nitrogen cycle genes in an Antarctic desert

生物地球化学循环 自行车 氮气循环 生物地球化学 氮气 非生物成分 生态学 环境科学 生物 化学 地理 考古 有机化学
作者
Francisco Pascoal,Inês Areosa,Luı́s Torgo,Paula S. Branco,Mafalda S. Baptista,Charles K. Lee,S. Craig Cary,Catarina Magalhães
出处
期刊:Frontiers in Microbiology [Frontiers Media]
卷期号:13 被引量:1
标识
DOI:10.3389/fmicb.2022.927129
摘要

Antarctic deserts, such as the McMurdo Dry Valleys (MDV), represent extremely cold and dry environments. Consequently, MDV are suitable for studying the environment limits on the cycling of key elements that are necessary for life, like nitrogen. The spatial distribution and biogeochemical drivers of nitrogen-cycling pathways remain elusive in the Antarctic deserts because most studies focus on specific nitrogen-cycling genes and/or organisms. In this study, we analyzed metagenome and relevant environmental data of 32 MDV soils to generate a complete picture of the nitrogen-cycling potential in MDV microbial communities and advance our knowledge of the complexity and distribution of nitrogen biogeochemistry in these harsh environments. We found evidence of nitrogen-cycling genes potentially capable of fully oxidizing and reducing molecular nitrogen, despite the inhospitable conditions of MDV. Strong positive correlations were identified between genes involved in nitrogen cycling. Clear relationships between nitrogen-cycling pathways and environmental parameters also indicate abiotic and biotic variables, like pH, water availability, and biological complexity that collectively impose limits on the distribution of nitrogen-cycling genes. Accordingly, the spatial distribution of nitrogen-cycling genes was more concentrated near the lakes and glaciers. Association rules revealed non-linear correlations between complex combinations of environmental variables and nitrogen-cycling genes. Association rules for the presence of denitrification genes presented a distinct combination of environmental variables from the remaining nitrogen-cycling genes. This study contributes to an integrative picture of the nitrogen-cycling potential in MDV.
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