To investigate the effects of elevated $CO_2$ on the denitrifying bacterial community structure in a wetland soil, dynamics of bacterial community structure was explored in an artificial wetland ecosystem with one of three plant species (T. latifolia, S. lacustris, and 1. effusus) under two levels of $CO_2$(370 ppm or 740 ppm) after 110day incubation. For the analysis of bacterial community structure, functional genes such as nitrite reductase genes (nirS) were PCR-amplified followed by cloning of PCR products and screening by restriction fragment length polymorphism (RFLP). nirS gene fragments were amplified in all analyzed soil samples. Species richness estimated by the number of distinct phylotypes were 83 and 95 in the ambient $CO_2$ treatment and the elevated treatment, respectively. Two phylotypes (type 1 and type 2) were dominant in both of the treatments. Elevated $CO_2$ treatment increased species richness of denitrifying as well as changed a large proportion of denitrifier phylotypes compared to those of the ambient treatment. Overall, the data in this study suggested that the denitrifying communities in the wetland soil are diverse and that the richness of denitrifying bacterial community might be affected by elevated $CO_2$ treatment.
The bacterial community structure associated with two marine sponges, Hyrtios sp. 604 and Callyspongia sp. 612 collected from the South Pacific Ocean were analyzed by 16S rDNA-denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). The phylogenetic analysis showed that the bacterial community associated with Hyrtios sp. 604 contained diverse bacterial groups such as Chloroflexi, Firmicutes, Cyanobacteria, Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Actinobacteria, and Acidobacteria. Callyspongia sp. 612 harbored Chloroflexi, Cyanobacteria, Alphaproteobacteria, and Gammaproteobacteria. Hyrtios sp. 604 belonging to genus Hyrtios known to produce natural products showed greater bacterial diversity than Callyspongia sp. 612. Phylum Actinobacteria was shown to be one of dominant bacterial groups in Hyrtios sp. 604. Although the same phyla of bacteria were found in both sponge species, the spongeassociated predominant bacterial groups differed between the two sponges with different chemical characteristics from the same geographical location. Uncultured bacteria represented over 90% of the bacteria diversity present in all bacterial communities of the sponges.
Soils amended for long-term with high levels of compost demonstrated greater abundance of bacterial members of the phylum Bacteroidetes whereas a decreasing trend in the relative abundance of phylum Acidobacteria was noted with increasing levels of compost. Metabolic profiles predicted by PICRUSt demonstrated differences in functional responses of the bacterial community according to the treatments. Soils amended with lower compost levels were characterized by abundance of genes encoding enzymes contributing to membrane transport and cell growth whereas genes encoding enzymes related to protein folding and transcription were enriched in soils amended with high levels of compost. Thus, the results of the current study provide extensive evidence of the influence of different compost levels on bacterial diversity and community structure in paddy soils.
Temperature is an important environmental factor that can greatly influence the cultivation of Auricularia cornea. In this study, lignin peroxidase, laccase, manganese peroxidase, and cellulose in A. cornea fruiting bodies were tested under five different temperatures ($20^{\circ}C$, $25^{\circ}C$, $30^{\circ}C$, $35^{\circ}C$, and $40^{\circ}C$) in three different culture periods (10 days, 20 days and 30 days). In addition, the V4 region of bacterial 16S rRNA genes in the substrate of A. cornea cultivated for 30 days at different temperatures were sequenced using next-generation sequencing technology to explore the structure and diversity of bacterial communities in the substrate. Temperature and culture days had a significant effect on the activities of the four enzymes, and changes in activity were not synchronized with changes in temperature and culture days. Overall, we obtained 487,694 sequences from 15 samples and assigned them to 16 bacterial phyla. Bacterial community composition and structure in the substrate changed when the temperature was above $35^{\circ}C$. The relative abundances of some bacteria were significantly affected by temperature. A total of 35 genera at five temperatures in the substrate were correlated, and 41 functional pathways were predicted in the study. Bacterial genes associated with the membrane transport pathway had the highest average abundance (16.16%), and this increased at $35^{\circ}C$ and $40^{\circ}C$. Generally, different temperatures had impacts on the physiological activity of A. cornea and the bacterial community in the substrate; therefore, the data presented herein should facilitate cultivation of A. cornea.
Herbicide-tolerant Zoysia grass has been previously developed through Agrobacterium-mediated transformation. We investigated the effects of genetically modified (GM) Zoysia grass and the associated herbicide application on bacterial community structure by using culture-independent approaches. To assess the possible horizontal gene transfer (HGT) of transgenic DNA to soil microorganisms, total soil DNAs were amplified by PCR with two primer sets for the bar and hpt genes, which were introduced into the GM Zoysia grass by a callus-type transformation. The transgenic genes were not detected from the total genomic DNAs extracted from 1.5 g of each rhizosphere soils of GM and non-GM Zoysia grasses. The structures and diversities of the bacterial communities in rhizosphere soils of GM and non-GM Zoysia grasses were investigated by constructing 16S rDNA clone libraries. Classifier, provided in the RDP II, assigned 100 clones in the 16S rRNA gene sequences library into 11 bacterial phyla. The most abundant phyla in both clone libraries were Acidobacteria and Proteobacteria. The bacterial diversity of the GM clone library was lower than that of the non- GM library. The former contained four phyla, whereas the latter had seven phyla. Phylogenetic trees were constructed to confirm these results. Phylogenetic analyses of the two clone libraries revealed considerable difference from each other. The significance of difference between clone libraries was examined with LIBSHUFF statistics. LIBSHUFF analysis revealed that the two clone libraries differed significantly (P<0.025), suggesting alterations in the composition of the microbial community associated with GM Zoysia grass.
Kim, Do-Young;Kim, Chang-Gi;Sohn, Sang-Mok;Park, Sang-Kyu
Journal of Ecology and Environment
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v.31
no.4
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pp.309-316
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2008
To develop a monitoring method for soil microbial communities in rice paddy fields, we used terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) to compare soil bacterial community structure in rice paddy fields experiencing different management practices: organic practices, conventional practices without a winter barley rotation, and conventional practices with a winter barley rotation. Restriction fragment length profiles from soils farmed using organic practices showed very different patterns from those from conventional practices with and without barley rotation. In principal component analyses, restriction fragment profiles in organic practice samples were clearly separated from those in conventional practice samples, while principal component analysis did not show a clear separation for soils farmed using conventional practices with and without barley rotation. The cluster analysis showed that the bacterial species compositions of soils under organic practices were significantly different from those under conventional practices at the 95% level, but soils under conventional practice with and without barley rotation did not significantly differ. Although the loadings from principal component analyses and the Ribosomal DNA Project II databases suggested candidate species important for soils under organic farming practices, it was very difficult to get detailed bacterial species information from terminal restriction fragment length polymorphism. Rank-abundance diagrams and diversity indices showed that restriction fragment peaks under organic farming showed high Pielou's Evenness Index and the reciprocal of Simpson Index suggesting high bacterial diversity in organically farmed soils.
Herein, we explored the potential of the apple's core microbiota for biological control of Erwinia amylovora, which causes fire blight disease, and analyzed the structure of the apple's bacterial community across different tissues and seasons. Network analysis results showed distinct differences in bacterial community composition between the endosphere and rhizosphere of healthy apples, and eight taxa were identified as negatively correlated with E. amylovora, indicating their potential key role in a new control strategy against the pathogen. This study highlights the critical role of the apple's bacterial community in disease control and provides a new direction for future research in apple production. In addition, the findings suggest that using the composition of the apple's core taxa as a biological control strategy could be an effective alternative to traditional chemical control methods, which have been proven futile and environmentally harmful.
Understanding soil microbial community structure in the Arctic is essential for predicting the impact of climate change on interactions between organisms living in polar environments. The hypothesis of the present study was that soil microbial communities and soil chemical characteristics would vary depending on their associated plant species and local environments in Arctic mature soils. We analyzed soil bacterial communities and soil chemical characteristics from soil without vegetation (bare soil) and rhizosphere soil of three Arctic plants (Cassiope tetragona [L.] D. Don, Dryas octopetala L. and Silene acaulis [L.] Jacq.) in different local environments (coal-mined site and seashore-adjacent site). We did not observe any clear differences in microbial community structure in samples belonging to different plant rhizospheres; however, samples from different environmental sites had distinct microbial community structure. The samples from coal-mined site had a relatively higher abundance of Bacteroidetes and Firmicutes. On the other hand, Acidobacteria was more prevalent in seashore-adjacent samples. The relative abundance of Proteobacteria and Acidobacteria decreased toward higher soil pH, whereas that of Bacteroidetes and Firmicutes was positively correlated with soil pH. Our results suggest that soil bacterial community dissimilarity can be driven by spatial heterogeneity in deglaciated mature soil. Furthermore, these results indicate that soil microbial composition and relative abundance are more affected by soil pH, an abiotic factor, than plant species, a biotic factor.
Microalgae have been regarded as a natural resource for sustainable materials and fuels, as well as for removal of nutrients and micropollutants from wastewater, and their interaction with bacteria in wastewater is a critical factor to consider because of the microbial diversity and complexity in a variety of wastewater conditions. Despite their importance, very little is known about the ecological interactions between algae and bacteria in a wastewater environment. In this study, we characterized the wastewater bacterial community in response to the growth of a Selenastrum gracile UTEX 325 population in a real municipal wastewater environment. The Roche 454 GS-FLX Titanium pyrosequencing technique was used for indepth analysis of amplicons of 16S rRNA genes from different conditions in each reactor, with and without the algal population. The algal growth reduced the bacterial diversity and affected the bacterial community structure in the wastewater. The following in-depth analysis of the deep-sequenced amplicons showed that the algal growth selectively stimulated Sphingobacteria class members, especially the Sediminibacterium genus population, in the municipal wastewater environment.
Using a rotating biological contactor modified with a sequencing bath reactor system (SBRBC) designed and operated to remove phosphate and nitrogen [58], the microbial community structure of the biofilm from the SBRBC system was characterized based on the extracellular polymeric substance (EPS) constituents, electron microscopy, and molecular techniques. Protein and carbohydrate were identified as the major EPS constituents at three different biofilm thicknesses, where the amount of EPS and bacterial cell number were highest in the initial thickness of 0-100${\mu}m$. However, the percent of carbohydrate in the total amount of EPS decreased by about 11.23%, whereas the percent of protein increased by about 11.15% as the biofilm grew. Thus, an abundant quantity of EPS and cell mass, as well as a specific quality of EPS were apparently needed to attach to the substratum in the first step of the biofilm growth. A FISH analysis revealed that the dominant phylogenetic group was $\beta$- and $\gamma$-Proteobacteria, where a significant subclass of Proteobacteria for removing phosphate and/or nitrate was found within a biofilm thickness of 0-250${\mu}m$. In addition, 16S rDNA clone libraries revealed that Klebsiella sp. and Citrobacter sp. were most dominant within the initial biofilm thickness of 0-250${\mu}m$, whereas sulfur-oxidizing bacteria, such as Beggiatoa sp. and Thiothrix sp., were detected in a biofilm thickness over 250${\mu}m$. The results of the bacterial community structure analysis using molecular techniques agreed with the results of the morphological structure based on scanning electron microscopy. Therefore, the overall results indicated that coliform bacteria participated in the nitrate and phosphorus removal when using the SBRBC system. Moreover, the structure of the biofilm was also found to be related to the EPS constituents, as well as the nitrogen and phosphate removal efficiency. Consequently, since this is the first identification of the bacterial community and structure of the biofilm from an RBC simultaneously removing nitrogen and phosphate from domestic wastewater, and it is hoped that the present results may provide a foundation for understanding nitrate and phosphate removal by an RBC system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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