Application of a nifH microarray to assess the impact of environmental factors on free-living diazotrophs in a glacier forefield

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Abstract:

Glacier forefield environments are exposed to extreme and fluctuating climatic and nutritional conditions. The high diversity of free-living diazotrophic communities found in these environments indicates that nitrogen fixers are able to efficiently cope with such conditions. In this study, a nifH microarray was used to monitor changes in diazotrophic populations in the field over a season, in the presence or absence of plants and in 2 glacier forefields characterized by a different bedrock type (siliceous or calcareous), as well as at different temperatures (10 °C, 15 °C) and under different nitrogen fertilization regimes (0, 10, 40 kg N·ha-1·year-1) in laboratory systems. Population structures responded highly dynamically to environmental changes. Plant presence had the strongest impact, which decreased toward the end of the season and with high amounts of nitrogen fertilization. Temperature and nitrogen fertilization increases indirectly affected diazotrophic communities through their positive impact on plant growth. These results indicate strong carbon limitation in young glacier forefield soils. Phylotypes related to the genus Methylocystis strongly responded to environmental variations. These methanotrophic microorganisms, which are able to retrieve nitrogen and carbon from the atmospheric pool, are particularly adapted to the extreme nutritional conditions found in glacier forefields.

Les marges proglaciaires sont exposées à des conditions climatiques et nutritionnelles extrêmes et fluctuantes. La haute diversité des communautés diazotrophes trouvées naturellement dans ces environnements indique que les organismes fixateurs d’azote sont capables de s’adapter à de telles conditions. Dans cette étude, des puces d’ADN de nifH ont été utilisées pour suivre les changements au sein des populations diazotrophes au cours d’une saison, en présence ou en absence de végétaux, sur deux marges proglaciaires caractérisées par des types de substratum rocheux différents (siliceux ou calcaire), ainsi que par des températures différentes (10  °C, 15  °C), et placées sous des régimes de fertilisation azotée différents (0, 10, 40 kg N·ha-1·année-1) en laboratoire. Les structures des populations répondaient de façon hautement dynamique aux changements environnementaux. La présence de végétaux avait l’impact le plus important, celui-ci diminuant vers la fin de la saison et avec une fertilisation azotée plus élevée. L’augmentation de la température et la fertilisation par l’azote affectaient indirectement les communautés diazotrophes de par leur impact positif sur la croissance des végétaux. Ces résultats indiquent l’existence d’une forte limitation en carbone dans les jeunes sols marginaux proglaciaires. Les phylotypes reliés au genre Methylocystis répondaient fortement aux variations environnementales. Ces microorganismes méthanotrophes capables d’extraire l’azote et le carbone du pool atmosphérique sont particulièrement adaptés aux conditions nutritionnelles extrêmes des marges proglaciaires.

Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2011

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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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