Artículos de Investigación

ABSTRACT

One of the riskiest stages in the reproduction of cactus is the germination of seeds. Although evidence indicates the relevance of the seed-associated microbiome during this stage, little is known about its structure and function. In this work, we explore the diversity of the seed-associated microbiome of cactus, their role in the germination and protection of the emerging embryo. We characterized the microbial communities of the internal tissues (endoseminal) and those that colonize the surface of the seeds (episeminal) of four cactus species (Echinocactus platyacanthus, Ferocactus latispinus, Ferocactus pilosus, and Stenocereus queretaroensis). We sequenced by Illumina the 16S rRNA gene for Bacteria and the ITS1/ITS4 region for fungi. We isolated cultivable microorganisms and characterized their plant growth-promoting abilities. We determined that microbial communities associated with cactus seeds have high richness but are dominated by few taxa, and in most cases, there are clear differences between episeminal and endoseminal microbial groups, especially for fungi. The cactus seed microbiota comprises potential pathogens and beneficial microorganisms that could influence the germination percentage and seedling's development. We can highlight bacterial groups such as Kluyvera, Bacillus, Paenibacillus, and Stenotrophomonas; for fungi, the classes Tremellomycetes, Dothideomycetes, Eurotiomycetes, Leotiomycetes, and Sordariomycetes.

RESUMEN

Una de las etapas más riesgosas en la reproducción del cactus es la germinación de semillas. Aunque la evidencia indica la relevancia del microbioma asociado a las semillas durante esta etapa, se sabe poco sobre su estructura y funcionamiento. En este artículo, exploramos la diversidad del microbioma asociado a semillas de cactus, su papel en la germinación y protección del embrión emergente. Caracterizamos las comunidades microbianas de los tejidos internos (endoseminal) y las colonias que colonizan la superficie de las semillas (episeminal) de cuatro especies de cactus (Echinocactus platyacanthus, Ferocactus latispinus, Ferocactus pilosus y Stenocereus queretaroensis). Se secuenció por Illumina el gen de ARNr 16S para bacterias y la región ITS1 / ITS4 para hongos. Aislamos microorganismos cultivables y caracterizamos su capacidad para promover el crecimiento de las plantas. Determinamos que las comunidades microbianas asociadas con las semillas de cactus tienen una gran riqueza pero están dominadas por pocos taxones y, en la mayoría de los casos, existen claras diferencias entre los grupos microbianos episeminales y endoseminales, especialmente para los hongos. La microbiota de la semilla de cactus incluye patógenos potenciales y microorganismos beneficiosos que pueden influir en el porcentaje de germinación y el desarrollo de las plántulas. Podemos destacar grupos bacterianos como Kluyvera, Bacillus, Paenibacillus y Stenotrophomonas; para los hongos, las clases Tremellomycetes, Dothideomycetes, Eurotiomycetes, Leotiomycetes y Sordariomycetes.

ABSTRACT

Sulfate‐reducing microorganisms (SRM) can help to remediate acidic effluents containing metals. One drawback of sulfate reduction is that some SRM do not oxidize completely the substrate to CO₂ and acetic acid may remain as a byproduct, affecting the process efficiency. Acidic environments are a potential source of sulfate‐reducers able to thrive acidic conditions. This work aimed to develop cultivable consortia of sulfate‐reducing microorganisms able to consume acetate at acidic pH and analyze their community composition.

RESUMEN

Los microorganismos sulfato reductores (SRM) pueden ayudar a remediar los efluentes ácidos que contienen metales. Un inconveniente de la reducción de sulfato es que algunos SRM no oxidan completamente el sustrato a CO2 y el ácido acético puede permanecer como subproducto, afectando la eficiencia del proceso. Los ambientes ácidos son una fuente potencial de reductores de sulfato capaces de prosperar en condiciones ácidas. Este trabajo tuvo como objetivo desarrollar consorcios cultivables de microorganismos reductores de sulfato capaces de consumir acetato a pH ácido y analizar la composición de su comunidad.

ABSTRACT

The objective of this study was to describe the bacterial communities associated with pediatric patients with endodontic infections of temporal teeth by targeting the 16S rRNA gene using pyrosequencing.

Microbiological samples were obtained from the lower primary molars of thirteen 13 pediatric patients with dental infections. An aspiration method for microbiological sampling was used. The identification of microbiota employing the pyrosequencing method by targeting the 16S gene was performed.

RESUMEN

El objetivo de este estudio fue describir las comunidades bacterianas asociadas a pacientes pediátricos con infecciones endodónticas de los dientes temporales, utilizando pirosecuenciación, enfocado al gen de ARNr 16S.

Se obtuvieron muestras microbiológicas de los molares temporales inferiores de trece pacientes pediátricos con infecciones dentales. Se realizó la identificación de la microbiota empleando el método de pirosecuenciación dirigiéndose al gen 16S.

ABSTRACT

Due to the environmental conditions presented in arid zones, it is expected to have a high influence of deterministic processes over the community assemblages. Symbiotic interactions with microorganisms could increase colonization and survival of plants in difficult conditions, independent of the plants physiological and morphological characteristics. In this context, the microbial communities associated to plants that inhabit these types of areas can be a good model to understand the community assembly processes. We investigated the influence of stochastic and deterministic processes in the assemblage of rhizosphere microbial communities of Agave lechuguilla and bulk soil on the Cuatro Cienegas Basin, a site known for its oligotrophic conditions. We hypothesize that rhizospheric microbial communities of A. lechuguilla differ from those of bulk soil as they differ in physicochemical properties of soil and biotic interactions, including not only the plant, but also their microbial co-occurrence networks, it is expected that microbial species usually critical for plant growth and health are more common in the rhizosphere, whereas in the bulk soil microbial species related to the resistance to abiotic stress are more abundant. In order to confirm this hypothesis, 16S rRNA gene was sequenced by Illumina from rhizospheric and bulk soil samples in two seasons, also the physicochemical properties of the soil were determined. Our results showed differences in bacterial diversity, community composition, potential functions, and interaction networks between the rhizosphere samples and the ones from bulk soil. Although community structure arises from a complex interplay between deterministic and stochastic forces, our results suggest that A. lechuguilla recruits specific rhizospheric microbes with functional traits that benefits the plant through growth promotion and nutrition. This selection follows principally a deterministic process that shapes the rhizospheric microbial communities, directed by the plant modifications around the roots but also subjected to the influence of other environmental variables, such as seasonality and soil properties. Interestingly, keystone taxa in the interactions networks, not necessarily belong to the most abundant taxonomic groups, but they have an important role by their functional traits and keeping the connections on the community network.

RESUMEN

Debido a las condiciones ambientales que se presentan en las zonas áridas, se espera que se tenga una alta influencia de los procesos deterministas sobre los ensamblajes comunitarios. Las interacciones simbióticas con microorganismos podrían incrementar la colonización y supervivencia de plantas en condiciones difíciles, independientemente de las características fisiológicas y morfológicas de las plantas. En este contexto, las comunidades microbianas asociadas a plantas que habitan este tipo de áreas pueden ser un buen modelo para entender los procesos de montaje comunitario. Se investigó la influencia de procesos estocásticos y deterministas en el ensamblaje de comunidades microbianas de la rizosfera de Agave lechuguilla y el interespacio en la Cuenca de Cuatro Ciénegas, un sitio conocido por sus condiciones oligotróficas. La hipótesis es que las comunidades microbianas de la rizósfera de Agave lechuguilla son diferentes a las del interespacio ya que difieren en las propiedades fisicoquímicas del suelo y las interacciones bióticas, incluyendo no solo la planta, sino también sus redes de co-ocurrencia microbiana, se espera que las especies microbianas usualmente críticas para el crecimiento y la salud de las plantas son más comunes en la rizosfera, mientras que en el interespacio las especies microbianas relacionadas con la resistencia al estrés abiótico son más abundantes. Para confirmar esta hipótesis, se secuenció con Illumina el gen 16S rRNA a partir de muestras de suelo rizosférico y el Interespacio en dos temporadas, y también se determinaron las propiedades fisicoquímicas del suelo. Los resultados mostraron diferencias en la diversidad bacteriana, la composición de la comunidad, las funciones potenciales y las redes de interacción entre las muestras de rizosfera y las del interespacio. Aunque la estructura de la comunidad surge de una interacción compleja entre fuerzas deterministas y estocásticas, nuestros resultados sugieren que A. lechuguilla recluta microbios rizosféricos específicos con rasgos funcionales que benefician a la planta en el crecimiento y la nutrición. Esta selección sigue principalmente un proceso determinista que da forma a las comunidades microbianas rizosféricas, dirigidas por las modificaciones de las plantas alrededor de las raíces pero también sometidas a la influencia de otras variables ambientales, como la estacionalidad y las propiedades del suelo. Curiosamente, los taxones clave en las redes de interacciones, no necesariamente pertenecen a los grupos taxonómicos más abundantes, pero tienen un papel importante por sus rasgos funcionales y por mantener las conexiones en la red comunitaria..

ABSTRACT

Humic substances are redox-active organic molecules, which play pivotal roles in several biogeochemical cycles due to their electron-transferring capacity involving multiple abiotic and microbial transformations. Based on the redox properties of humic substances, and the metabolic capabilities of microorganisms to reduce and oxidize them, we hypothesized that they could mediate the anaerobic oxidation of methane (AOM) coupled to the reduction of nitrous oxide (N₂O) in wetland sediments. This study provides several lines of evidence indicating the coupling between AOM and the reduction of N₂O through an extracellular electron transfer mechanism mediated by the redox active functional groups in humic substances (e.g., quinones). We found that the microbiota of a sediment collected from the Sisal wetland (Yucatán Peninsula, southeastern Mexico) was able to reduce N₂O (4.6 ± 0.5 μmol N₂O g _sed.^–1 day^–1) when reduced humic substances were provided as electron donor in a close stoichiometric relationship. Furthermore, a microbial enrichment derived from the wetland sediment achieved simultaneous ¹³CH₄ oxidation (1.3 ± 0.1 μmol ¹³CO₂ g _sed.^–1 day^–1) and N₂O reduction (25.2 ± 0.5 μmol N₂O g _sed.^–1 day^–1), which was significantly dependent on the presence of humic substances as an extracellular electron shuttle. Taxonomic characterization based on 16S rRNA gene sequencing revealed Acinetobacter (a ɣ-proteobacterium), the Rice Cluster I from the Methanocellaceae and an uncultured archaeon from the Methanomicrobiaceae family as the microbes potentially involved in AOM linked to N₂O reduction mediated by humic substances. The findings reported here suggest that humic substances might play an important role to prevent the emission of greenhouse gases (CH₄ and N₂O) from wetland sediments. Further efforts to evaluate the feasibility of this novel mechanism under the natural conditions prevailing in ecosystems must be considered in future studies.

Sulfate‐reducing microorganisms (SRM) can help to remediate acidic effluents containing metals. One drawback of sulfate reduction is that some SRM do not oxidize completely the substrate to CO₂ and acetic acid may remain as a byproduct, affecting the process efficiency. Acidic environments are a potential source of sulfate‐reducers able to thrive acidic conditions. This work aimed to develop cultivable consortia of sulfate‐reducing microorganisms able to consume acetate at acidic pH and analyze their community composition.

RESUMEN

Las sustancias húmicas son moléculas orgánicas con actividad redox, que juegan un papel fundamental en varios ciclos biogeoquímicos debido a su capacidad de transferencia de electrones que implica múltiples transformaciones abióticas y microbianas. Con base en las propiedades redox de las sustancias húmicas y las capacidades metabólicas de los microorganismos para reducirlas y oxidarlas, planteamos la hipótesis de que podrían mediar en la oxidación anaeróbica del metano (AOM) junto con la reducción de óxido nitroso (N₂O) en sedimentos de humedales. Este estudio proporciona varias líneas de evidencia que indican el acoplamiento entre la AOM y la reducción de N₂O a través de un mecanismo de transferencia de electrones extracelular mediado por los grupos funcionales activos redox en sustancias húmicas (por ejemplo, quinonas). Encontramos que la microbiota de un sedimento recolectado del humedal de Sisal (Península de Yucatán, sureste de México) fue capaz de reducir N₂O (4.6 ± 0.5 μmol N₂O g _sed.^–1 día^–1) cuando se proporcionaron sustancias húmicas reducidas como donantes de electrones en una estrecha relación estequiométrica. Además, un enriquecimiento microbiano derivado del sedimento del humedal logró una oxidación simultanea de ¹³CH₄(1.3 ± 0.1 μmol ¹³CO₂ g _sed.^–1 día^–1) y reducción de N₂O (25.2 ± 0.5 μmol N₂O g _sed.^–1 día^–1), que dependía significativamente de la presencia de sustancias húmicas como lanzadera extracelular de electrones.

La caracterización taxonómica basada en la secuenciación del gen 16S rRNA reveló que Acinetobacter (a ɣ-proteobacterium), el Rice Cluster I de Methanocellaceae y una archaeon no cultivada de la familia Methanomicrobiaceae como los microorganismos potencialmente involucrados en la AOM relacionados a la reducción de N₂O mediada por sustancias húmicas.

Los hallazgos reportados aquí sugieren que las sustancias húmicas podrían jugar un papel importante para prevenir la emisión de gases de efecto invernadero (CH₄ y N₂O) de sedimentos de humedales. En estudios futuros se deben considerar nuevos esfuerzos para evaluar la viabilidad de este nuevo mecanismo en las condiciones naturales que prevalecen en los ecosistemas.

ABSTRACT

To better understand the mechanism of tolerance to heavy metals, it is relevant to analyze the effects of Cd contamination on the rhizospheric microbiota of plants with high tolerance to environmental stress such as cacti species. In this work, the effects of soil contamination with Cd on bacterial diversity, microbial carbon, abundance of diazotrophs in the soil, and on the photosynthetic efficiency and absorption of Cd of the candy barrel cactus (Echinocactus platyacanthus) were evaluated. Experimental pots sown with E. platyacanthus were contaminated with different concentrations of Cd⁺². Changes in rhizospheric soil community were evaluated after 30 days of contamination. In general, soil contamination with Cd significantly changes the structure of the rizospheric bacterial community which could have serious effects on the functioning of this community, especially in N mobilization. Despite the plant not showing signs of physiological stress reflected in the photosynthetic yield, revealing its high resistance to contamination with Cd, a slight increase in the electron transport rate at low Cd concentration was observed. This increase correlates with an increase in abundance of diazotrophs and microbial C, suggesting an interesting response by the entire system to the presence of low Cd concentration in the soil. In this work, we have demonstrated that the factors analyzed here can be indicators of the quality and health of the soil, being a complement to explaining the behavior of metals in the soil matrix, and thus be able to understand the mechanism of tolerance to Cd contamination in soil.

RESUMEN

Para comprender mejor el mecanismo de tolerancia a los metales pesados, es relevante analizar los efectos de la contaminación por Cd en la microbiota rizosférica de plantas con alta tolerancia al estrés ambiental como las especies de cactus. En este trabajo se evaluaron los efectos de la contaminación del suelo con Cd sobre la diversidad bacteriana, el carbono microbiano, la abundancia de diazótrofos en el suelo y sobre la eficiencia fotosintética y absorción de Cd de la biznaga dulce (Echinocactus platyacanthus). Las macetas experimentales sembradas con E. platyacanthus se contaminaron con diferentes concentraciones de Cd⁺² Se evaluaron los cambios en la comunidad del suelo rizosférico después de 30 días de contaminación. En general, la contaminación del suelo por Cd cambia significativamente la estructura de la comunidad bacteriana rizosférica, lo que podría tener graves efectos en el funcionamiento de esta comunidad, especialmente en la movilización de N. A pesar de que la planta no mostró signos de estrés fisiológico reflejados en el rendimiento fotosintético, revelando su alta resistencia a la contaminación con Cd, se observó un ligero aumento en la tasa de transporte de electrones a baja concentración de Cd. Este aumento se correlaciona con un aumento en la abundancia de diazótrofos y C microbiano, lo que sugiere una respuesta interesante de todo el sistema a la presencia de baja concentración de Cd en el suelo. En este trabajo hemos demostrado que los factores aquí analizados pueden ser indicadores de la calidad y salud del suelo, siendo un complemento para explicar el comportamiento de los metales en la matriz del suelo, y así poder comprender el mecanismo de tolerancia a la contaminación del suelo por Cd.

ABSTRACT

The aim of this study was to evaluate the effect of mucilage and its removal, as well as phytohormones [gibberellic acid (GA₃) and indole-3-acetic acid (IAA)] in light and in darkness on germination of five cactus species (Coryphanta maiz-tablasensis, Echinocactus platyacanthus, Ferocactus latispinus, Ferocactus pilosus and Stenocereus queretaroensis) from the Chihuahuan Desert. Three of them, C. maiz-tablasensis, E. platyacanthus and F. pilosus, are at risk. The mucilage layer occurred in all species. The sterilization treatment removed the mucilage even from the micropyle. Mucilage resulted in higher germination percentage in E. platyacanthus (88.5 % vs. 21.1 % without mucilage), F. latispinus (88.5 % vs. 48.2 %) and S. queretaroensis (96.0 % vs. 1.0 %), as well as a lower germination time for E. platyacanthus (10.0 days vs. 19.5 days without mucilage), F. pilosus (14.1 days vs. 16.4 days) and F. latispinus (7.8 days vs. 14.0 days). GA₃ did affect germination percentage in E. platyacanthus (higher at 500 and 1000 mg l⁻¹ than at 50 and 100 mg l⁻¹), F. latispinus (higher at 1000 mg l⁻¹ of GA₃ than at the control and at the other concentrations) and F. pilosus (higher at 1000 mg l⁻¹ of GA₃ than at control and 50 mg l⁻¹).

The interaction of mucilage layer and GA₃ was only significant for F. latispinus in that seeds with mucilage had higher germination at 0, 50, 100 and 250 mg l⁻¹ of GA₃ than seeds without mucilage, but at 500 and 1000 mg l⁻¹ germination was high with and without mucilage. Most cactus seeds had no germination in darkness and auxins did not promote germination. Mucilage covers the micropyle and seeds without mucilage were internally more colored than seeds with mucilage in most species. We suggest that mucilage layer in the micropyle can function like a barrier regulating the passage of water to the inner seed.

ABSTRACT

Several studies have demonstrated that gypsum (CaSO₄·2H₂O) and calcite (CaCO₃) can be important hosts of arsenic in contaminated hydrogeological systems. However, the extent to which microbial reducing processes contribute to the dissolution and transformation of carbonate and sulfate minerals and, thereby, to arsenic mobilization is poorly understood. These processes are likely to have a strong impact on arsenic mobility in iron-poor environments and in reducing aquifers where iron oxyhydroxides become unstable. Anoxic batch bioassays with arsenate (As(V)) coprecipitated with calcite, gypsum, or ferrihydrite (Fe(OH)₃) were conducted in the presence of sulfate or molybdate to examine the impact of bioprocesses (i.e. As(V), sulfate, and Fe(III)-reduction) on arsenic dissolution, speciation, and eventual remineralization. Microbial reduction of As(V)-bearing calcite caused an important dissolution of arsenite, As(III), which remained in solution up to the end of the experiment (30 days). The reduction of As(V) from gypsum-As(V) also led to the release of As(III), which was subsequently remineralized, possibly as arsenic sulfides. The presence of sulfate triggered arsenic dissolution in the bioassays with ferrihydrite-As(V). This study showed that although gypsum and calcite have a lower capacity to bind arsenic, compared to iron oxides, they can play a critical role in the biogeochemical cycle of arsenic in natural calcareous and gypsiferous systems depleted of iron since they can be a source of electron acceptors for reducing bioprocesses.

RESUMEN

Varios estudios han demostrado que el yeso (CaSO₄·2H₂O) y la calcita (CaCO₃) pueden ser importantes huéspedes de arsénico en sistemas hidrogeológicos contaminados. Sin embargo, no se comprende bien, hasta qué punto los procesos de reducción microbiana contribuyen a la disolución y transformación de los minerales de carbonato y sulfato y, por lo tanto, a la movilización de arsénico. Es probable que estos procesos tengan un fuerte impacto en la movilidad del arsénico en ambientes pobres en hierro y en la reducción de los acuíferos donde los oxihidróxidos de hierro se vuelven inestables. Se realizaron bioensayos por lotes anóxicos con arseniato (As (V)) coprecipitado con calcita, yeso o ferrihidrita (Fe(OH)₃) se llevaron a cabo en presencia de sulfato o molibdato para examinar el impacto de los bioprocesos (es decir, As (V), sulfato y reducción de Fe (III)) sobre la disolución, especiación y eventual remineralización del arsénico. La reducción microbiana de la calcita portadora de As (V) provocó una importante disolución del arsenito, As (III), que permaneció en solución hasta el final del experimento (30 días). La reducción de As (V) del yeso-As (V) también condujo a la liberación de As (III), que posteriormente fue remineralizado, posiblemente como sulfuros de arsénico. La presencia de sulfato provocó la disolución del arsénico en los bioensayos con ferrihidrita-As (V). Este estudio demostró que aunque el yeso y la calcita tienen una menor capacidad para unir arsénico, en comparación con los óxidos de hierro, pueden jugar un papel crítico en el ciclo biogeoquímico del arsénico en sistemas naturales calcáreos y yesíferos empobrecidos en hierro, ya que pueden ser una fuente de electrones para la reducción de bioprocesos.

ABSTRACT

In order to better understand the mechanism of tolerance to zinc contamination, a potentially toxic element, it is relevant to analyze its effects on the rhizospheric microbiota of plants with a high tolerance to environmental stress such as cacti species. In this work, the risk for soil contamination with zinc, its effect on bacterial diversity, microbial carbon, abundance of diazotrophs in the soil, and on the photosynthetic efficiency and absorption of zinc in Echinocactus platyacanthus were determined. The soil was characterized physicochemically and placed in experimental pots with E. platyacanthus which were then contaminated with different concentrations of Zn⁺². Changes in the rhizospheric bacterial community was analyzed before and after 30 days of contamination with zinc. In this study we found that even when zinc is considered a low toxic metal, their presence in soil selects bacterial groups in the rizosphere involved in stress resistance by heavy metals. Also, at high concentrations it can have negative effects on the rhizospheric community of E. platyacanthus, which could generate serious disturbances in the ecosystem reflected in the loss of bacterial groups that participate in essential functions within the biogeochemical cycles, mainly N cycle. That said, the plant E. platyacanthus was not affected negatively, managing to accumulate a large concentration of metal in its stem and root and can therefore be considered as a plant with phytoaccumulation potential.

RESUMEN

Para comprender mejor el mecanismo de tolerancia a la contaminación por zinc (elemento potencialmente tóxico), es relevante analizar sus efectos sobre la microbiota rizosférica de plantas con alta tolerancia al estrés ambiental como las especies de cactus. En este trabajo se determinó el riesgo de contaminación del suelo con zinc, su efecto sobre la diversidad bacteriana, el carbono microbiano, la abundancia de diazótrofos en el suelo, y sobre la eficiencia fotosintética y absorción de zinc en E. platyacanthus que fueron contaminados con diferentes concentraciones de Zn⁺². Se analizaron los cambios en la comunidad bacteriana rizosférica antes y después de 30 días de contaminación con zinc. En este estudio encontramos que incluso cuando el zinc se considera un metal de baja toxicidad, su presencia en el suelo selecciona grupos bacterianos en la rizosfera involucrados en la resistencia al estrés por metales pesados. Además, en altas concentraciones puede tener efectos negativos en la comunidad rizosférica de E. platyacanthus, lo que podría generar serias perturbaciones en el ecosistema reflejadas en la pérdida de grupos bacterianos que participan en funciones esenciales dentro de los ciclos biogeoquímicos, principalmente el ciclo del Nitrógeno. E. platyacanthus no se vio afectada negativamente, logrando acumular una gran concentración de metal en su tallo y raíz y por lo cual puede considerarse como una planta con potencial de fitoacumulación.

ABSTRACT

Availability of fixed nitrogen is a pivotal driver on primary productivity in the oceans, thus the identification of key processes triggering nitrogen losses from these ecosystems is of major importance as they affect ecosystems function and consequently global biogeochemical cycles. Denitrification and anaerobic ammonium oxidation coupled to nitrite reduction (Anammox) are the only identified marine sinks for fixed nitrogen. The present study provides evidence indicating that anaerobic ammonium oxidation coupled to the reduction of sulfate, the most abundant electron acceptor present in the oceans, prevails in marine sediments. Tracer analysis with ¹⁵N-ammonium revealed that this microbial process, here introduced as Sulfammox, accounts for up to 5 μg ¹⁵N₂ produced g⁻¹ day⁻¹ in sediments collected from the eastern tropical North Pacific coast. Raman and X-ray diffraction spectroscopies revealed that elemental sulfur and sphalerite (ZnFeS) were produced, besides free sulfide, during the course of Sulfammox. Anaerobic ammonium oxidation linked to Fe(III) reduction (Feammox) was also observed in the same marine sediments accounting for up to 2 μg ¹⁵N₂ produced g⁻¹ day⁻¹. Taxonomic characterization, based on 16S rRNA gene sequencing, of marine sediments performing the Sulfammox and Feammox processes revealed the microbial members potentially involved. These novel nitrogen sinks may significantly fuel nitrogen loss in marine environments. These findings suggest that the interconnections among the oceanic biogeochemical cycles of N, S and Fe are much more complex than previously considered.

RESUMEN

La disponibilidad de nitrógeno fijado es un impulsor fundamental de la productividad primaria en los océanos, por lo que la identificación de los procesos clave que desencadenan las pérdidas de nitrógeno de estos ecosistemas es de gran importancia ya que afectan la función de los ecosistemas y, en consecuencia, los ciclos biogeoquímicos globales. La desnitrificación y la oxidación anaeróbica de amonio junto con la reducción de nitrito (Anammox) son los únicos sumideros marinos identificados para nitrógeno fijado. El presente estudio proporciona evidencia que indica que la oxidación anaeróbica del amonio unida a la reducción del sulfato, el aceptor de electrones más abundante presente en los océanos, prevalece en los sedimentos marinos. El análisis de trazadores con 15N-amonio reveló que este proceso microbiano, aquí introducido como Sulfammox, representa hasta 5 μg de 15N2 g − 1 día − 1 producido en sedimentos recolectados de la costa tropical oriental del Pacífico Norte. Las espectroscopias de difracción de rayos X y Raman revelaron que se produjeron azufre elemental y esfalerita (ZnFeS), además de sulfuro libre, durante el curso de Sulfammox. También se observó oxidación anaeróbica de amonio vinculada a la reducción de Fe (III) (Feammox) en los mismos sedimentos marinos, lo que representa hasta 2 μg de 15N2 producido g − 1 día − 1. La caracterización taxonómica, basada en la secuenciación del gen ARNr 16S, de los sedimentos marinos que realizan los procesos Sulfammox y Feammox reveló los miembros microbianos potencialmente involucrados. Estos nuevos sumideros de nitrógeno pueden impulsar significativamente la pérdida de nitrógeno en entornos marinos. Estos hallazgos sugieren que las interconexiones entre los ciclos biogeoquímicos oceánicos de N, S y Fe son mucho más complejas de lo que se consideraba anteriormente.

ABSTRACT

Identification of microbial processes driving the loss of nitrogen from the oceans is of paramount relevance as these processes affect primary productivity in these ecosystems, which ultimately affects global biogeochemical cycles. Denitrification and anammox (anaerobic ammonium oxidation coupled to nitrite reduction) are the only identified processes so far that lead to nitrogen loss in marine environments. Here we provide stoichiometric and spectroscopic evidence, as well as tracer analysis with [¹⁵N]ammonium, revealing that anaerobic ammonium oxidation linked to the microbial reduction of natural organic matter (NOM) fuels nitrogen loss in marine sediments from the eastern tropical North Pacific coast. Tracer analysis revealed that the NOM-dependent anammox process was responsible for producing ∼1.5 μg of ¹⁵N₂ (g of sediment)⁻¹ day^–1 after incubation for 27 days in sediment incubations amended with Pahokee peat, while intrinsic NOM present in the sediment promoted the production of ∼0.4 μg of ¹⁵N₂ (g of sediment)⁻¹ day^–1.

Taxonomic characterization, based on 16S rRNA gene sequencing, of the biota present in marine sediments performing the NOM-dependent anammox process revealed several microbial members are potentially involved. The most predominant bacterial phylotypes detected were associated with Phycisphaeraceae, Actinomarinales, Acidiferrobacteraceae, and Rhodobacteraceae, while Nitrosopumilaceae was the only archaeal family whose level clearly increased during the course of NOM-dependent anammox. This is a novel pathway interconnecting the oceanic biogeochemical cycles of N and C, which may significantly propel nitrogen fluxes in organic-rich, coastal marine sediments.

RESUMEN

La identificación de los procesos microbianos que provocan la pérdida de nitrógeno de los océanos es de suma importancia, ya que estos procesos afectan la productividad primaria en estos ecosistemas, lo que en última instancia afecta los ciclos biogeoquímicos globales. La desnitrificación y el anammox (oxidación anaeróbica de amonio acoplada a la reducción de nitritos) son los únicos procesos identificados hasta ahora que conducen a la pérdida de nitrógeno en ambientes marinos. Aquí proporcionamos evidencia estequiométrica y espectroscópica, así como un análisis de trazadores con [¹⁵N] amonio, revelando que la oxidación anaeróbica del amonio relacionada con la reducción microbiana de la materia orgánica natural (NOM) alimenta la pérdida de nitrógeno en los sedimentos marinos de la costa tropical oriental del Pacífico Norte

El análisis reveló que el proceso anammox dependiente de NOM era responsable de producir ∼1.5 μg de ¹⁵N₂ (g de sedimento)⁻¹ día^–1 despues de incubación por 27 días, en incubaciones de sedimentos modificadas con turba Pahokee, mientras que la NOM intrínseca presente en el sedimento promovió la producción de 0.4 μg de ¹⁵N₂ (g de sedimento)⁻¹ día^–1. Caracterización taxonómica, basado en la secuenciación del gen 16S rRNA, de la biota presente en los sedimentos marinos realizando el proceso de anammox dependiente de NOM reveló que varios miembros microbianos están potencialmente involucrados. Los filotipos bacterianos más predominantes detectados se asociaron con Phycisphaeraceae, Actinomarinales, Acidiferrobacteraceae y Rhodobacteraceae, mientras que Nitrosopumilaceae fue la única familia de arqueas cuyo nivel aumentó claramente durante el curso de anammox dependiente de NOM. Esta es una vía novedosa que interconecta los ciclos biogeoquímicos oceánicos de N y C, que pueden impulsar significativamente los flujos de nitrógeno en sedimentos marinos costeros ricos en compuestos orgánicos.

ABSTRACT

Methanogenesis and sulfate reduction are important microbial processes in hypersaline environments. However, key aspects determining substrate competition between these microbial processes have not been well documented. We evaluated competitive and non-competitive substrates for stimulation of both processes through microcosm experiments of hypersaline microbial mat samples from Guerrero Negro, Baja California Sur, Mexico, and we assessed the effect of these substrates on the microbial community composition. Methylotrophic methanogenesis evidenced by sequences belonging to methanogens of the family Methanosarcinaceae was found as the dominant methanogenic pathway in the studied hypersaline microbial mat. Nevertheless, our results showed that incubations supplemented with acetate and lactate, performed in absence of sulfate, also produced methane after 40 days of incubation, apparently driven by hydrogenotrophic methanogens affiliated to the family Methanomicrobiaceae. Sulfate reduction was mainly stimulated by addition of acetate and lactate; however, after 40 days of incubation, an increase of the H2S concentrations in microcosms amended with trimethylamine and methanol was also observed, suggesting that these substrates are putatively used for sulfate reduction. Moreover, 16S rRNA gene sequencing analysis showed remarkable differences in the microbial community composition among experimental treatments. In the analyzed sample amended with acetate, sulfate-reducing bacteria (SRB) belonging to the family Desulfobacteraceae were dominant, while members of Desulfohalobiaceae, Desulfomicrobiaceae, and Desulfovibrionaceae were found in the incubation with lactate. Additionally, we detected an unexpected high abundance of unclassified Hydrogenedentes (near 25%) in almost all the experimental treatments. This study contributes to better understand methanogenic and sulfate-reducing activities, which play an important role in the functioning of hypersaline environments.

RESUMEN

La metanogénesis y la reducción de sulfatos son procesos microbianos importantes en ambientes hipersalinos. Sin embargo, los aspectos clave que determinan la competencia de sustrato entre estos procesos microbianos no han sido bien documentados. Evaluamos sustratos competitivos y no competitivos para la estimulación de ambos procesos a través de experimentos de microcosmos de muestras de esterillas microbianas hipersalinas de Guerrero Negro, Baja California Sur, México, y evaluamos el efecto de estos sustratos en la composición de la comunidad microbiana. La metanogénesis metilotrófica evidenciada por secuencias pertenecientes a metanógenos de la familia Methanosarcinaceae se encontró como la vía metanogénica dominante en la estera microbiana hipersalina estudiada. Sin embargo, nuestros resultados mostraron que las incubaciones suplementadas con acetato y lactato, realizadas en ausencia de sulfato, también produjeron metano después de 40 días de incubación, aparentemente impulsado por metanógenos hidrogenotróficos afiliados a la familia Methanomicrobiaceae. La reducción de sulfato se estimuló principalmente mediante la adición de acetato y lactato; sin embargo, después de 40 días de incubación, también se observó un aumento de las concentraciones de H2S en microcosmos modificados con trimetilamina y metanol, lo que sugiere que estos sustratos se utilizan supuestamente para la reducción de sulfatos. Además, el análisis de secuenciación del gen del ARNr 16S mostró diferencias notables en la composición de la comunidad microbiana entre los tratamientos experimentales. En la muestra analizada modificada con acetato predominaron las bacterias sulfato-reductoras (SRB) pertenecientes a la familia Desulfobacteraceae, mientras que miembros de Desulfohalobiaceae, Desulfomicrobiaceae y Desulfovibrionaceae se encontraron en la incubación con lactato. Además, detectamos una alta abundancia inesperada de Hydrogenedentes no clasificados (cerca del 25%) en casi todos los tratamientos experimentales. Este estudio contribuye a comprender mejor las actividades metanogénicas y reductoras de sulfato, que juegan un papel importante en el funcionamiento de los ambientes hipersalinos.

ABSTRACT

Considering the great agronomic and environmental importance of denitrification, the aim of the present study was to study the temporal and spatial factors controlling the abundance and activity of denitrifying bacterial communities in a range of eight agricultural soils over 2 years. Abundance was quantified by qPCR of the nirS, nirK and nosZ genes, and the potential denitrification enzyme activity (DEA) was estimated. Our data showed a significant temporal variation considerably high for the abundance of nirK-harboring communities, followed by nosZ and nirS communities. Regarding soil parameters, the abundances of nosZ, nirS and nirK were mostly influenced by organic material, pH, and slightly by NO₃ ⁻, respectively. Soil texture was the most important factor regulating DEA, which could not be explained by the abundance of denitrifiers. Analyses of general patterns across lands to understand the soil functioning is not an easy task because the multiple factors influencing processes such as denitrification can skew the data. Careful analysis of atypical sites are necessary to classify the soils according to trait similarity and in this way reach a better predictability of the denitrifiers dynamics.

RESUMEN

Considerando la gran importancia agronómica y ambiental de la desnitrificación, el objetivo del presente estudio fue estudiar los factores temporales y espaciales que controlan la abundancia y actividad de las comunidades bacterianas desnitrificantes en un rango de ocho suelos agrícolas durante 2 años. La abundancia se cuantificó mediante qPCR de los genes nirS, nirK y nosZ, y se estimó la actividad enzimática de desnitrificación potencial (DEA). Nuestros datos mostraron una variación temporal significativamente alta para la abundancia de comunidades que albergan nirK, seguidas de las comunidades nosZ y nirS. En cuanto a los parámetros del suelo, las abundancias de nosZ, nirS y nirK fueron influenciadas mayoritariamente por materia orgánica, pH y levemente por NO₃ ⁻. La textura del suelo fue el factor más importante que regula la DEA, lo que no puede explicarse por la abundancia de desnitrificantes. El análisis de patrones generales en las tierras, para comprender el funcionamiento del suelo no es una tarea fácil porque los múltiples factores que influyen en los procesos como la desnitrificación pueden sesgar los datos. Es necesario un análisis cuidadoso de los sitios atípicos para clasificar los suelos de acuerdo con la similitud de rasgos y de esta manera alcanzar una mejor predictibilidad de la dinámica de los desnitrificadores.

ABSTRACT

A novel reactor configuration for the enrichment of anammox bacteria from marine sediments was developed. Marine sediments were successfully kept inside the bioreactors during the enrichment process by strategically installing traps at different depths to prevent the wash-out of sediments. Three up-flow anaerobic sediment trapped (UAST) reactors were set up (α, β and ω supplied with 50, 150 and 300 mg Ca²⁺/L, respectively). Nitrogen removal rates (NRR) of up to 3.5 g N/L-d and removal efficiencies of >95% were reached. Calcium enhanced biomass production as evidenced by increased volatile suspended solids and extracellular polymeric substances. After the long-term operation, dominant families detected were Rhodobacteracea, Flavobacteracea, and Alteromonadacea, while the main anammox genera detected in the three reactors were Candidatus Kuenenia and Candidatus Anammoximicrobium. The UAST reactor is proposed as suitable technology for the enrichment of anammox bacteria applicable for the treatment of saline industrial wastewaters with high nitrogen content.

RESUMEN

Se desarrolló una nueva configuración de reactor para el enriquecimiento de bacterias anammox de sedimentos marinos. Los sedimentos marinos se mantuvieron con éxito dentro de los biorreactores durante el proceso de enriquecimiento mediante la instalación estratégica de trampas a diferentes profundidades para evitar el lavado de sedimentos. Se instalaron tres reactores anaeróbicos atrapados en sedimentos (UAST) de flujo ascendente (α, β y ω suministrados con 50, 150 y 300 mg Ca²⁺/L, respectivamente). Se alcanzaron tasas de eliminación de nitrógeno de hasta 3,5 g N / L-d y eficiencias de eliminación de > 95%. El calcio mejoró la producción de biomasa como lo demuestra el aumento de sólidos suspendidos volátiles y sustancias poliméricas extracelulares. Después de la operación de larga duración, las familias dominantes detectadas fueron Rhodobacteracea, Flavobacteracea y Alteromonadacea, mientras que los principales géneros de anammox detectados en los tres reactores fueron Candidatus Kuenenia y Candidatus Anammoximicrobium. El reactor UAST se propone como tecnología adecuada para el enriquecimiento de bacterias anammox aplicable para el tratamiento de aguas residuales industriales salinas con alto contenido en nitrógeno.

ABSTRACT

Wetlands constitute the main natural source of methane on Earth due to their high content of natural organic matter (NOM), but key drivers, such as electron acceptors, supporting methanotrophic activities in these habitats are poorly understood. We performed anoxic incubations using freshly collected sediment, along with water samples harvested from a tropical wetland, amended with ¹³C-methane (0.67 atm) to test the capacity of its microbial community to perform anaerobic oxidation of methane (AOM) linked to the reduction of the humic fraction of its NOM. Collected evidence demonstrates that electron-accepting functional groups (e.g., quinones) present in NOM fueled AOM by serving as a terminal electron acceptor. Indeed, while sulfate reduction was the predominant process, accounting for up to 42.5% of the AOM activities, the microbial reduction of NOM concomitantly occurred. Furthermore, enrichment of wetland sediment with external NOM provided a complementary electron-accepting capacity, of which reduction accounted for ∼100 nmol ¹³CH₄ oxidized · cm⁻³ · day⁻¹. Spectroscopic evidence showed that quinone moieties were heterogeneously distributed in the wetland sediment, and their reduction occurred during the course of AOM. Moreover, an enrichment derived from wetland sediments performing AOM linked to NOM reduction stoichiometrically oxidized methane coupled to the reduction of the humic analogue anthraquinone-2,6-disulfonate. Microbial populations potentially involved in AOM coupled to microbial reduction of NOM were dominated by divergent biota from putative AOM-associated archaea. We estimate that this microbial process potentially contributes to the suppression of up to 114 teragrams (Tg) of CH₄ · year⁻¹ in coastal wetlands and more than 1,300 Tg · year⁻¹, considering the global wetland area.

Los humedales constituyen la principal fuente natural de metano en la Tierra debido a su alto contenido de materia orgánica natural (M0N), pero los impulsores clave, como los aceptores de electrones, que sustentan las actividades metanotróficas en estos hábitats, son poco conocidos. Realizamos incubaciones anóxicas utilizando sedimento recién recolectado, junto con muestras de agua recolectadas de un humedal tropical, enmendado con ¹³C-metano (0.67 atm) para probar la capacidad de su comunidad microbiana para realizar la oxidación anaeróbica de metano (OAM) vinculada a la reducción la fracción húmica de su MON. La evidencia recopilada demuestra que los grupos funcionales aceptores de electrones (por ejemplo, quinonas) presentes en la MON alimentaron la OAM al servir como un aceptor terminal de electrones. De hecho, mientras que la reducción de sulfato fue el proceso predominante, que representa hasta el 42,5% de las actividades de la OAM, la reducción microbiana de la MON se produjo de forma concomitante. Además, el enriquecimiento del sedimento de los humedales con MON externa proporcionó una capacidad de aceptación de electrones complementaria, cuya reducción representó reducción de 100nmol ¹³CH₄oxidado cm⁻³ · día⁻¹. La evidencia espectroscópica mostró que los restos de quinona se distribuyeron heterogéneamente en el sedimento del humedal y su reducción ocurrió durante el curso de la OAM. Además, un enriquecimiento derivado de sedimentos de humedales que realizan OAM vinculado a la reducción de MON de metano oxidado estequiométricamente acoplado a la reducción del análogo húmico antraquinona-2,6-disulfonato. Las poblaciones microbianas potencialmente involucradas en la OAM acoplada a la reducción microbiana de la MON estaban dominadas por la biota divergente de las arqueas putativas asociadas a la OAM. Estimamos que este proceso microbiano contribuye potencialmente a la supresión de hasta 114 teragramos (Tg) de CH₄ · año⁻¹ en humedales costeros y más de 1300 Tg · año⁻¹, considerando el área global de humedales.

ABSTRACT

A major problem in all restoration and rehabilitation projects is to restore the function of the ecosystem. Nitrogen, next to water, is the most limiting factor for productivity of arid terrestrial ecosystems. We used a successful restored area, completed 10 years earlier, in comparison with an undisturbed scrubland area and a remaining, disturbed area in the southern Sonoran Desert in Baja California, Mexico. We compared the abundance of the nifH gene, estimated by qPCR, potential N₂ fixation activity by acetylene reduction assay, and diversity of diazotrophs by denaturing gradient gel electrophoresis in the rhizosphere of the most representative plant species, the cardon cactus and the mesquite used for restoration. The abundance of N₂ fixing bacteria in the rhizosphere of cardon growing with mesquite had significantly higher abundance of nifH gene than the rhizosphere of cardon that grew separately. Across all samples, the potential N₂ fixation was significantly higher in soil samples from the restored site than samples from the undisturbed and disturbed sites.

RESUMEN

Un problema importante en todos los proyectos de restauración y rehabilitación es restaurar la funcionalidad del ecosistema. El nitrógeno, junto al agua, es el factor más limitante para la productividad de los ecosistemas terrestres áridos. Usamos un área restaurada con éxito, completada 10 años atrás, en comparación con un área de matorral no perturbado y un área perturbada restante en el desierto de Sonora en el sur de Baja California, México. Comparamos la abundancia del gen nifH, estimado por qPCR, la actividad potencial de fijación de N₂ por ensayo de reducción de acetileno y la diversidad de diazótrofos mediante electroforesis en gel de gradiente desnaturalizante en la rizosfera de las especies de plantas más representativas, el cardón y el mezquite utilizados para la restauración. La abundancia de bacterias fijadoras de N₂ en la rizosfera del cardón que crecía con mezquite tenía una abundancia significativamente mayor del gen nifH que la rizosfera del cardón que crecía por separado. En todas las muestras, la posible fijación de N₂ fue significativamente mayor en las muestras de suelo del sitio restaurado que en las muestras de los sitios no perturbados y perturbados.

ABSTRACT

Vegetation communities with high soil carbon (C) inputs, e.g. grassland ecosystems, promote N protection via microbial communities in the soil whereas communities with low soil C inputs, e.g. desert scrub ecosystems, promote nitrification and are therefore susceptible to N loss. This study examines this relationship more closely by assessing the effects of two vegetation-soil systems on soil N transformation, in a grassland-desert scrub in Cuatro Ciénegas Basin, Mexico. Metrics used in our study include: the belowground biomass of C, N and phosphorus (P) in both vegetation types; the availability of C, N and P in the soil; and the potential transformation of these nutrients by the microbial community which was characterized by 16S rRNA clone libraries. We found: (1) a higher NH₄⁺ and microbial N concentration in the grassland soil than in the desert scrub soil, and (2) a different bacterial soil communities between both vegetation-soil systems. These findings suggest an interrelationship between nutrients in the belowground biomass, soil nutrient dynamics, and the soil bacterial community whereby grasslands promote a closed system that conserves N, whereas desert scrub vegetation exhibits an open system that sheds N.

RESUMEN

Comunidades de vegetación con altos aportes de carbono (C) del suelo, por ejemplo ecosistemas de pastizales, promueven la conservación de N a través de comunidades microbianas en el suelo, mientras que las comunidades con bajos aportes de C en el suelo, como los ecosistemas de matorrales desérticos promueven la nitrificación y, por lo tanto, son susceptibles a la pérdida de nitrógeno. Este estudio examina esta relación más de cerca mediante la evaluación de los efectos de dos sistemas vegetación-suelo sobre la transformación del N del suelo, en un matorral de pastizales-desierto en la Cuenca de Cuatro Ciénegas, México. Las métricas utilizadas en nuestro estudio incluyen: la biomasa subterránea de C, N y fósforo (P) en ambos tipos de vegetación; la disponibilidad de C, N y P en el suelo; y la transformación potencial de estos nutrientes por la comunidad microbiana que se caracterizó por bibliotecas de clones de ARNr 16S. Encontramos: (1) una concentración más alta de NH₄⁺ y N microbiano en el suelo de pastizales que en el suelo de matorrales desérticos, y (2) diferentes comunidades de suelo bacteriano entre ambos sistemas vegetación-suelo. Estos hallazgos sugieren una interrelación entre los nutrientes de la biomasa subterránea, la dinámica de los nutrientes del suelo y la comunidad bacteriana del suelo, mediante la cual los pastizales promueven un sistema cerrado que conserva N, mientras que la vegetación de matorrales del desierto exhibe un sistema abierto que libera N.

ABSTRACT

Ecological succession is one of the most important concepts in ecology. However for microbial community succession, there is a lack of a solid theoretical framework regarding succession in microorganisms. This is in part due to microbial community complexity and plasticity but also because little is known about temporal patterns of microbial community shifts in different kinds of ecosystems, including arid soils. The Cuatro Cienegas Basin (CCB) in Coahuila, Mexico, is an arid zone with high diversity and endemisms that has recently been threatened by aquifer overexploitation. The gypsum-based soil system of the CCB is one of the most oligotrophic places in the world. We undertook a comparative 16S rRNA 454 pyrosequencing study to evaluate microbial community succession and recovery over a year after disturbance at two sites. Results were related to concurrent measurements of humidity, organic matter and total C and N content. While each site differed in both biogeochemistry and biodiversity, both present similar pattern of change at the beginning of the succession that diverged in later stages. After one year, experimentally disturbed soil was not similar to established and undisturbed adjacent soil communities indicating recovery and succession in disturbed soils is a long process.

RESUMEN

La sucesión ecológica es uno de los conceptos más importantes en ecología. Sin embargo, para la sucesión de comunidades microbianas, no existe un marco teórico sólido con respecto a la sucesión en microorganismos. Esto se debe en parte a la complejidad y plasticidad de la comunidad microbiana, pero también a que se sabe poco sobre los patrones temporales de los cambios de las comunidad es microbianas en diferentes tipos de ecosistemas, incluidos los suelos áridos. La Cuenca de Cuatro Ciénegas (CCB) en Coahuila, México, es una zona árida con alta diversidad y endemismos que recientemente ha sido amenazada por la sobreexplotación del acuífero. El sistema de suelo a base de yeso de CCB es uno de los lugares más oligotróficos del mundo.

Realizamos un estudio comparativo de pirosecuenciación de 16S ARNr 454 para evaluar la sucesión y recuperación de la comunidad microbiana durante un año después de la perturbación en dos sitios. Los resultados se relacionaron con mediciones concurrentes de humedad, materia orgánica y contenido total de C y N. Si bien cada sitio difería tanto en biogeoquímica como en biodiversidad, ambos presentan un patrón similar de cambio al comienzo de la sucesión que divergió en etapas posteriores. Después de un año, el suelo alterado experimentalmente no era similar a las comunidades de suelo adyacentes establecidas y no perturbadas, lo que indica que la recuperación y sucesión en suelos alterados es un proceso largo.

ABSTRACT

The OMEGA/Mars Express hyperspectral imager identified gypsum at several sites on Mars in 2005. These minerals constitute a direct record of past aqueous activity and are important with regard to the search of extraterrestrial life. Gale Crater was chosen as Mars Science Laboratory Curiosity's landing site because it is rich in gypsum, as are some desert soils of the Cuatro Ciénegas Basin (CCB) (Chihuahuan Desert, Mexico). The gypsum of the CCB, which is overlain by minimal carbonate deposits, was the product of magmatic activity that occurred under the Tethys Sea. To examine this Mars analogue, we retrieved gypsum-rich soil samples from two contrasting sites with different humidity in the CCB. To characterize the site, we obtained nutrient data and analyzed the genes related to the N cycle (nifH, nirS, and nirK) and the bacterial community composition by using 16S rRNA clone libraries. As expected, the soil content for almost all measured forms of carbon, nitrogen, and phosphorus were higher at the more humid site than at the drier site. What was unexpected is the presence of a rich and divergent community at both sites, with higher taxonomic diversity at the humid site and almost no taxonomic overlap. Our results suggest that the gypsum-rich soils of the CCB host a unique microbial ecosystem that includes novel microbial assemblies.

RESUMEN

El generador de imágenes hiperespectral OMEGA / Mars Express identificó yeso en varios sitios de Marte en 2005. Este mineral constituye un registro directo de la actividad acuosa pasada y es importante con respecto a la búsqueda de vida extraterrestre. El cráter Gale fue elegido como el lugar de aterrizaje del Mars Science Laboratory Curiosity porque es rico en yeso, al igual que algunos suelos desérticos de la Cuenca de Cuatro Ciénegas (CCB) (Desierto de Chihuahua, México). El yeso de CCB, que está cubierto por mínimos depósitos de carbonato, fue producto de la actividad magmática que se produjo bajo el mar de Tetis. Para examinar este análogo de Marte, recuperamos muestras de suelo rico en yeso de dos sitios contrastantes con diferente humedad en el CCB. Para caracterizar el sitio, obtuvimos datos de nutrientes y analizamos los genes relacionados con el ciclo N (nifH, nirS y nirK) y la composición de la comunidad bacteriana mediante el uso de bibliotecas de clones de rRNA 16S. Como se esperaba, el contenido de suelo para casi todas las formas medidas de carbono, nitrógeno y fósforo fue mayor en el sitio más húmedo que en el sitio más seco. Lo inesperado es la presencia de una comunidad rica y divergente en ambos sitios, con una mayor diversidad taxonómica en el sitio húmedo y casi sin superposición taxonómica. Nuestros resultados sugieren que los suelos ricos en yeso del CCB albergan un ecosistema microbiano único que incluye nuevos conjuntos microbianos.