Nitrogen cycling during an Arctic bloom : from chemolithotrophy to nitrogen assimilation

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Abstract

En el Ártico, las proliferaciones de fitoplancton son fenómenos recurrentes que se producen durante las estaciones de primavera y verano y están influenciadas por la marcada estacionalidad polar. La dinámica de las proliferaciones se ve afectada por la disponibilidad de nutrientes, especialmente de nitrógeno, que es el principal nutriente limitante en el Ártico. Este estudio tuvo como objetivo investigar los cambios en una comunidad microbiana ártica mediante enfoques ómicos durante una proliferación de fitoplancton, centrándose en el ciclo del nitrógeno. Utilizando muestras metagenómicas y metatranscriptómicas del estrecho de Dease (Canadá) desde marzo hasta julio (2014), reconstruimos 176 genomas ensamblados a partir de metagenomas. Las bacterias dominaron la comunidad microbiana, aunque las arqueas alcanzaron hasta el 25% de la abundancia metagenómica a principios de primavera, cuando las arqueas Nitrososphaeria expresaban activamente genes asociados con la oxidación del amoniaco a nitrito (amt, amo, nirK). El nitrito resultante presumiblemente se oxidó posteriormente a nitrato por una bacteria Nitrospinota que expresaba en gran medida un gen de la nitrito oxidorreductasa (nxr). Desde mayo, el aumento constante de la clorofila a indicó la aparición de una proliferación de fitoplancton, que promovió la proliferación sucesiva de diferentes grupos de bacterias quimioorganotrofas (Bacteroidota, Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria). Estas bacterias mostraron diferentes estrategias para obtener nitrógeno, ya fuera de fuentes orgánicas o inorgánicas, según los patrones de expresión de los genes que codifican transportadores de compuestos nitrogenados. En cambio, durante el verano, los organismos quimiolitotrofos que prosperaban durante el invierno redujeron su abundancia relativa y la expresión de sus genes catabólicos. Con base en nuestro análisis funcional, observamos una transición desde una comunidad en la que la quimiolitotrofia basada en el nitrógeno desempeña un papel relevante hacia una comunidad quimioorganotrofa basada en los carbohidratos liberados durante la proliferación de fitoplancton, en la que diferentes grupos parecen especializarse en distintas fuentes de nitrógeno. [Traducción automática al español; idioma original: inglés.]