Microbial communities in the estuarine water areas of the rivers in the southeastern part of Lake Baikal

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Using the Illumina MiSeq platform, we have studied the diversity of bacteria and archaea in three rivers of the southeastern end of Lake Baikal in the under-ice period of 2018. In analysed 16S rRNA gene libraries of all rivers, we have identified sequences of 12 bacterial phyla: Actinobacteria, Bacteroidetes, Cyanobacteria, Elusimicrobia, Epsilonbacteraeota, Fibrobacteres, Firmicutes, Omnitrophicaeota, Patescibacteria, Planctomycetes, Proteobacteria, and Verrucomicrobia. The contribution of minor taxa to the microbiomes from the estuaries of the rivers Solzan and Bolshaya Osinovka is more significant. Three phyla (Thaumarchaeota, Euryarchaeota and Crenarchaeota) and one superphylum (DPANN) represent archaea. The diversity of bacteria and archaea in the investigated ecotopes has its specifics and is different to that found in the pelagic zone of Southern Baikal. Bacteria show phylogenetic diversity at the level of families and genera, whereas archaea – at the level of phyla. In the microbiomes, we have identified microorganisms involved in various stages of transformation of organic and inorganic substances.

About the authors

T. I. Zemskaya

Limnological Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: sergeibukin@lin.irk.ru
Russian Federation, Ulan-Batorskaya 3, 664 033 Irkutsk

S. V. Bukin

Limnological Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: sergeibukin@lin.irk.ru
Russian Federation, Ulan-Batorskaya 3, 664 033 Irkutsk

A. S. Zakharenko

Limnological Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: sergeibukin@lin.irk.ru
Russian Federation, Ulan-Batorskaya 3, 664 033 Irkutsk

C. C. Chernitsyna

Limnological Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: sergeibukin@lin.irk.ru
Russian Federation, Ulan-Batorskaya 3, 664 033 Irkutsk

O. V. Shubenkova

Limnological Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: sergeibukin@lin.irk.ru
Russian Federation, Ulan-Batorskaya 3, 664 033 Irkutsk

References

  1. Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. 2014. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics 30: 2114–2120. doi: 10.1093/bioinformatics/btu170
  2. Cabello-Yeves P.J., Zemskaya T.I., Rosselli R. et al. 2018. Genomes of Novel Microbial Lineages Assembled from the Sub-Ice Waters of Lake Baikal. Applied and Environmental Microbiology 84: 1–21. doi: 10.1128/AEM.02132-17
  3. Cloutier D.D., Alm E.W., Mclellan S.L. 2015. Influence of land use, nutrients, and geography on microbial communities and fecal indicator abundance at Lake Michigan beaches. Applied and Environmental Microbiology 81: 4904–4913. doi: 10.1128/AEM.00233-15
  4. Drucker V.V., Kostornova T.Ya., Molozhavaya O.A. et al. 1993. Water quality assessment of Lake Baikal by sanitary and bacteriological indicators. Geography and natural resources 1: 60–64.
  5. Feng X.-M., Tan X., Jia L. et al. 2015. Flavobacterium buctense sp. nov., isolated from freshwater. Archives of Microbiology 197: 1109–1115. doi: 10.1007/s00203-015-1149-5
  6. Halliday E., Mclellan S.L., Amaral-Zettler L.A. et al. 2014. Comparison of bacterial communities in sands and water at beaches with bacterial water quality violations. PLoS One 9. doi: 10.1371/journal. pone.0090815
  7. Humphry D.R., George, A., Cummings, S.P. et al. 2001. Flavobacterium frigidarium sp. nov., an aerobic, psychrophilic, xylanolytic and laminarinolytic bacterium from Antarctica. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 51: 1235–1243. doi: 10.1099/00207713-51-4-1235
  8. Kang H., Joung Y., Kim H. et al. 2016. Parasedimini bacterium paludis gen. nov., sp. nov., isolated from wetland. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 66: 326–331. doi: 10.1099/ijsem.0.000719
  9. Khodzher T.V., Semenov M.Yu., Obolkin V.A. et al. 2002. Monitoring of acid deposition in the Baikal region. Chemistry for Sustainable Development 10: 569–575. (in Russian)
  10. Kim M., Morrison M., Yu Z. 2011. Evaluation of different partial 16S rRNA gene sequence regions for phylogenetic analysis of microbiomes. Journal of Microbiological Methods 84: 81–87. doi: 10.1016/j.mimet.2010.10.020
  11. Koch H., Lücker S., Albertsen M. et al. 2015. Expanded metabolic versatility of ubiquitous nitrite-oxidizing bacteria from the genus Nitrospira. Proceedings of the National Academy of Sciences 112: 11371–11376. doi: 10.1073/pnas.1506533112
  12. Kostanjsek R., Strus J., Avgustin G. 2007. “Candidatus Bacilloplasma,” a Novel Lineage of Mollicutes Associated with the Hindgut Wall of the Terrestrial Isopod Porcellio scaber (Crustacea: Isopoda). Applied and Environmental Microbiology 73: 5566–5573. doi: 10.1128/aem.02468-06
  13. Kozich J.J., Westcott S.L., Baxter N.T. et al. 2013. Development of a dual-index sequencing strategy and curation pipeline for analyzing amplicon sequence data on the MiSeq Illumina sequencing platform. Applied and Environmental Microbiology 79: 5112–5120. doi: 10.1128/AEM.01043-13
  14. Maksimenko S.Y., Zemskaya T.I., Pavlova O.N. et al. 2008. Microbial community of the water column of the Selenga River-Lake Baikal biogeochemical barrier. Microbiology 77: 587–594. doi: 10.1134/S0026261708050123
  15. Maksimenko S.Yu., Ivanov V.G., Buryukhaev S.P. et al. 2012. The structure of microbial communities in the confluence zone of the Upper Angara River in Lake Baikal. Gidrobilogichesky zhurnal [Hydrobioogical journal] 48: 55–68. (in Russian)
  16. Maksimov V.V. 1995. Microbiology of large Baikal rivers and their estuarine water areas. Cand. Sc. Dissertation, Irkutsk State University, Irkutsk, Russia. (in Russian)
  17. Martinez-Garcia M., Swan B.K., Poulton N.J. et al. 2011. High-throughput single-cell sequencing identifies photoheterotrophs and chemoautotrophs in freshwater bacterioplankton. The ISME Journal 6: 113–123. doi: 10.1038/ismej.2011.8
  18. Newton R.J., Bootsma M.J., Morrison H.G. et al. 2013. A microbial signature approach to identify fecal pollution in the waters off an urbanized coast of Lake Michigan. Microbial Ecology 65: 1011–1023. doi: 10.1007/s00248-013-0200-9
  19. Newton R.J., Mclellan S.L., Dila D.K. et al. 2015. Sewage reflects the microbiomes of human populations. mBio 6. doi: 10.1128/mBio.02574-14
  20. Park S.J., Kim J.G., Jung M.Y. et al. 2012. Draft Genome Sequence of an Ammonia-Oxidizing Archaeon, “Candidatus Nitrosopumilus koreensis” AR1, from Marine Sediment. Journal of Bacteriology 194: 6940–6941. doi: 10.1128/jb.01857-12
  21. Park M., Nam G.G., Kim S. et al. 2017. Flavobacterium chuncheonense sp. nov. and Flavobacterium luteum sp. nov., isolated from a freshwater lake. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 67: 4409–4415. doi: 10.1099/ijsem.0.002304
  22. Rapala J., Berg K.A., Lyra C. et al. 2005. Paucibacter toxinivorans gen. nov., sp. nov., a bacterium that degrades cyclic cyanobacterial hepatotoxins microcystins and nodularin. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 55: 1563–1568. doi: 10.1099/ijs.0.63599-0
  23. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. 1989. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press.
  24. Schloss P.D., Westcott S.L., Ryabin T. et al. 2009. Introducing mothur: Open-Source, Platform-Independent, Community-Supported Software for Describing and Comparing Microbial Communities. Applied and Environmental Microbiology 75: 7537–7541. doi: 10.1128/aem.01541-09
  25. Sheu S.Y., Yang C.S., Chen M.H. et al. 2010. Arcicella aurantiaca sp. nov., isolated from stream water. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 60: 2979–2983. doi: 10.1099/ijs.0.021527-0
  26. Shtykova Yu.R., Suslova M.Yu., Kostornova T.Ya. et al. 2016. Sanitary and microbiological monitoring of the Lake Baikal pelagical zone and Baikal’s major triburaries from 2010 to 2015. Izvestiya Irkutskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya «Biologiya. Ekologiya» [The bulletin of Irkutsk State University. Series «Biology. Ecology»] 17: 50–61. (in Russian)
  27. Sorokovikova L.M., Sinyukovich V.N., Korovyakova I.V. et al. 2002. The formation of the chemical composition of the water in the tributaries of Southern Baikal under modern conditions. Geografiya i Prirodnye Resursy [Geography and Natural Resources] 4: 52–57. (in Russian)
  28. Sorokovikova L.M., Popovskaya G.I., Belykh O.I. et al. 2012. Plankton composition and water chemistry in the mixing zone of the Selenga River with Lake Baikal. Hydrobiologia 695: 329–341. doi: 10.1007/s10750-012-1200-3
  29. State report on the state and environmental protection of the Irkutsk Region in 2016 / Ministry of Natural Resources and Ecology of Irkutsk Region. 2017. Irkutsk: Megaprint LLC (in Russian)
  30. Tomberg I.V., Sorokovikova L.M., Netsvetaeva O.G. et al. 2016. Chemical composition and trends of oxidation of snow waters and waters of South Baikal tributaries. Optika Atmosfery i Okeana [Atmospheric and Oceanic Optics] 29: 516–520. doi: 10.15372/AOO20160612 (in Russian)
  31. Ueki A. 2006. Paludibacter propionicigenes gen. nov., sp. nov., a novel strictly anaerobic, Gram-negative, propionate-producing bacterium isolated from plant residue in irrigated rice-field soil in Japan. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 56: 39–44. doi: 10.1099/ijs.0.63896-0
  32. Whitehead T., Cotta M. 1999. Phylogenetic diversity of methanogenic archaea in swine waste storage pits. FEMS Microbiology Letters 179: 223–226. doi: 10.1111/j.1574-6968.1999.tb08731
  33. Yoon J.H., Kang S.J., Lee S.Y. et al. 2008. Sphingomonas insulae sp. nov., isolated from soil. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 58: 231–236. doi: 10.1099/ijs.0.65075-0
  34. Zemskaya T.I., Zakharenko A.S., Rusanov I.I. et al. 2019. Ecology of estuarine basins of southern Baikal small rivers according to springtime chemical and microbiological investigation. Microbiology 88: 1–13. doi: 10.1134/S002636561906020X

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2019 Zemskaya T.I., Bukin S.V., Zakharenko A.S., Chernitsyna C.C., Shubenkova O.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».