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Jun 01, 2023

Um compêndio de bactérias e arqueas únicas

Dados Científicos volume 10,

Scientific Data volume 10, Número do artigo: 332 (2023) Citar este artigo

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Águas marinhas com deficiência de oxigênio, conhecidas como zonas mínimas de oxigênio (OMZs) ou zonas marinhas anóxicas (AMZs), são características oceanográficas comuns. Eles hospedam microrganismos cosmopolitas e endêmicos adaptados a condições de baixo oxigênio. As interações metabólicas microbianas dentro de OMZs e AMZs conduzem ciclos biogeoquímicos acoplados, resultando em perda de nitrogênio e produção e consumo de gás residual ativo no clima. O aquecimento global está fazendo com que as águas com deficiência de oxigênio se expandam e se intensifiquem. Portanto, estudos focados em comunidades microbianas que habitam regiões com deficiência de oxigênio são necessários para monitorar e modelar os impactos das mudanças climáticas nas funções e serviços dos ecossistemas marinhos. Aqui apresentamos um compêndio de 5.129 genomas amplificados de célula única (SAGs) de ambientes marinhos, abrangendo perfis geoquímicos OMZ e AMZ representativos. Destes, 3.570 SAGs foram sequenciados em diferentes níveis de conclusão, fornecendo uma perspectiva resolvida por cepas sobre o conteúdo genômico e potenciais interações metabólicas nos microbiomas OMZ e AMZ. O agrupamento hierárquico confirmou que amostras de concentrações de oxigênio e regiões geográficas semelhantes também tinham composições taxonômicas análogas, fornecendo uma estrutura coerente para análise comparativa de comunidades.

Zonas deficientes de oxigênio são características oceanográficas comuns (Fig. 1) que surgem quando a demanda de oxigênio respiratório microbiano durante a decomposição da matéria orgânica excede a disponibilidade de oxigênio. Essas águas são operacionalmente definidas com base nas condições de oxigênio que variam de disóxica (20–90 μM), subóxica (1–20 μM), anóxica (menos de 1 μM) ou sulfídica anóxica (sem oxigênio detectável)1,2. Zonas mínimas de oxigênio (OMZs) oceânicas médias, como o giro subtropical do Pacífico Norte, apresentam condições disóxicas capazes de suportar o metabolismo anaeróbico através da remineralização microbiana de matéria orgânica particulada que afunda3 (Fig. 1a). OMZs costeiras e de oceano aberto com baixo teor de oxigênio, como o Pacífico Subártico do Nordeste (NESAP), apresentam condições subóxicas abrangendo a transição redox para redução de nitrato (NO3-) (Fig. 1a). As zonas marinhas anóxicas (AMZs) são ainda diferenciadas pelo acúmulo de nitrito (NO2−) com ou sem acúmulo de sulfetos (águas de fundo sulfídicas e oceano aberto ou zonas mínimas de baixo oxigênio (OMZs), respectivamente)4,5,6. Por exemplo, AMZs no Pacífico Norte Tropical Oriental (ETNP) e Pacífico Sul Tropical Oriental (ETSP) apresentam condições nanomolares de oxigênio que suportam redução de NO3- para NO2- e produtos de nitrogênio ainda mais reduzidos sem acúmulo de sulfeto de hidrogênio (H2S) (Fig. 1a). Em contraste, os sistemas de ressurgência costeira, como a ressurgência de Benguela na costa da Namíbia, apresentam mudanças episódicas na deficiência de oxigênio, suportando o surgimento de plumas sulfídicas transitórias (Fig. 1a). Condições sulfídicas anóxicas também estão presentes em fiordes costeiros, como a enseada de Saanich (SI), onde soleiras glaciais restringem a circulação da massa de água. Condições de fundo sulfídico também são observadas em mares marginais, como o Mar Báltico (Fig. 1a).

Perfis geoquímicos de zona mínima de oxigênio (OMZ) e zona marinha anóxica (AMZ) e mapa global de locais de amostragem. (a) Os diferentes perfis geoquímicos de águas marinhas deficientes em oxigênio são esquematizados (modificado de Ulloa et al., 2012)4. As linhas sólidas representam dados observados, enquanto as linhas tracejadas representam um evento de acumulação esporádica. (b) Os locais de amostragem OMZ e AMZ para genomas amplificados de célula única (SAGs) são indicados. O número total (branco) e SAGs sequenciados (preto) obtidos de cada local são indicados com um círculo proporcional ao número correspondente de amostras no conjunto de dados. O oceano é colorido de acordo com o valor estatístico médio mais baixo para a concentração de oxigênio relatado para cada grade de 1° e 5° no NOAA World Ocean Atlas119 anual de 2018, com grades brancas indicando locais onde os dados de concentração de oxigênio não estavam disponíveis. Os locais de amostragem de águas médias oceânicas incluem o Giro Subtropical do Pacífico Norte (NPSG) e o Giro Subtropical do Atlântico Sul (SASG). Locais de amostragem de OMZs com baixo teor de oxigênio incluem o Pacífico Subártico do Nordeste (NESAP). Locais de amostra de AMZs incluem o Giro do Pacífico Norte Tropical Oriental (ETNP) e o Giro do Pacífico Sul Tropical Oriental (ETSP). Locais de sistemas de ressurgência costeira com fundos sulfídicos efêmeros incluem a ressurgência costeira do Pacífico Sul Oriental (ESPCU) e a ressurgência costeira de Benguela (Benguela). Os locais de amostragem de bacias de fundo sulfídico incluem Saanich Inlet (SI) e o Mar Báltico. As coordenadas de geolocalização e o número de amostras para cada local são detalhados na Tabela 1.