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Diversity and distribution of the prokaryotic community in near-surface permafrost sediments in the Tianshan Mountains, China

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Abstract:

The community structures and diversity of bacteria and archaea were investigated at 4 depths (1.5, 2.0, 2.5, and 3.0 m) in permafrost sediments in the Tianshan Mountains, using denaturing gradient gel electrophoresis of 16S rRNA gene amplified by polymerase chain reaction. Phylogenetic analysis of the dominant bands sequenced revealed the presence of rich diversity of bacteria, which could be related to the Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria, Gemmatimonadetes, Bacteroidetes, Firmicutes, and Chloroflexi. The Proteobacteria, consisting of the α, , , and ε subdivisions, were clearly the dominant group at all depths studied. Archaeal diversity was relatively low and archaeal 16S rRNA gene sequences were grouped into 3 phylogenetic clusters within the 2 kingdoms Euryarchaeota and Crenarchaeota. Within the Euryarchaeota, methanogen-related group II was most abundant at shallow depth (1.5 m), whereas halobacterium-related group I dominated at greater depths. The low-temperature Crenarchaeota group was detected only at 2.5 and 3.0 m. Specific-depth distribution of methanogen-related Euryarchaeota group II and denitrifying bacteria of the genus Pseudomonas dominated at 1.5 m depth, accompanied by a distinct peak in the ratio of NH4-N to NO3/NO2-N, implying the potential capacity of these organisms in near-surface permafrost to release the greenhouse gases N2O and CH4.

La structure et la diversité des communautés de bactéries et d’archées présentes à quatre profondeurs sédimentaires (1,5; 2,0; 2,5 et 3,0 m) du permafrost des Montagnes du Tianshan ont été examinées par électrophorèse sur gel en gradient dénaturant du gène de l’ARNr 16S amplifié par PCR. Les analyses phylogéniques des bandes dominantes séquencées ont révélé une riche diversité de bactéries présentes qui pourraient être reliées aux Proteobacteria, aux Actinobacteria, aux Acidobacteria, aux Gemmatimonadetes, aux Bacteroidetes, aux Firmicutes et aux Chloroflexi. Les Proteobacteria, constituées des sous-divisions α, ,  et ε, formaient clairement le groupe dominant à toutes les profondeurs étudiées. La diversité archéale était relativement faible et les séquences du gène de l’ARNr 16S archéal se groupaient en trois grappes phylogéniques à l’intérieur de deux royaumes, les Euryarchaeota et les Crenarchaeota. Au sein des Euryarchaeota, le groupe II relié aux méthanogènes était le plus abondant en superficie(1,5 m) alors que le groupe I relié aux halobactéries dominait en profondeur. Le groupe des Crenarchaeota de basse température n’était détecté qu’à 2,5 et 3,0 m seulement. Les Euryarchaeota du groupe II relié aux méthanogènes et les bactéries dénitrifiantes du genre Pseudomonas dominaient à 1,5 m de profondeur, suivant une distribution spécifique en fonction de la profondeur, phénomène accompagné par un pic distinct du ratio NH4-N à NO3/NO2-N, ce qui implique que ces organismes vivant près de la surface du permafrost ont la capacité potentielle de relâcher les gaz à effet se serre N2O et CH4.

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2008

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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nrc/cjm/2008/00000054/00000004/art00004
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6
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