海洋植物プランクトン、バクテリア、ミオウイルスの生態学的ダイナミクスと共起

バクテリオファージ感染や植物プランクトンと細菌の相互作用など、多くの生態学的プロセスは、菌株固有の機構を介して発生することがよくあります。したがって、微生物の動態の原因を研究するには、高解像度の分類学的特徴付けが役立つはずです。私たちは、南カリフォルニア沖で植物プランクトンが大発生した後、5 か月間にわたって毎日から毎週サンプリングを行い、微小多様性の範囲、つまり、細菌、古細菌、植物プランクトンの葉緑体（すべて16S または遺伝子間スペーサー (ITS) 配列経由) および T4 様ミオウイルス (g23 主要キャプシドタンパク質遺伝子配列経由)。微小多様性の程度は遺伝子間で異なり（ITSが最も多く、g23が最も少ない）、一時的に共通した分類群のみが高度に微多様性であった。全体として、分類群の 60% が微小多様性を示しました。これらのうち 59% は、親分類群の割合として大幅に変化したサブタイプを有しており、生態学的に異なる分類群であることを示しています。原核生物とミオウイルスまたは植物プランクトン (たとえば、非常に微小多様性の高いクリソクロムリナ種) 間のペアワイズ相関は、単一塩基変異体を使用すると改善されました。ミオウイルスと SAR11 間の相関は、SAR11 ITS 単一塩基変異体と OTU を使用した場合、数が増加し (172 対 9、スピアマン > 0.65)、より強くなりました (0.61 対 0.58、t 検定: P<0.001)。SAR11 とミオウイルス間のコミュニティ全体の相関関係は、ITS 単一塩基バリアントと OTU を使用した場合に大幅に改善され、マンテル rho=0.49 対 0.27 でした。これらの結果は株特異的な相互作用と一致しています。マンテル相関は、>1 μm (付着/大型) 原核生物が主要なミオウイルス感染源であることを示唆しました。微小多様性を考慮することで、見かけの宿主とウイルスのネットワークの観察が改善され、系統の成功に影響を与える生態学的および進化的要因への洞察が得られ、生態系の回復力と微生物の機能に重要な意味がもたらされました。

Numerous ecological processes, such as bacteriophage infection and phytoplankton-bacterial interactions, often occur via strain-specific mechanisms. Therefore, studying the causes of microbial dynamics should benefit from highly resolving taxonomic characterizations. We sampled daily to weekly over 5 months following a phytoplankton bloom off Southern California and examined the extent of microdiversity, that is, significant variation within 99% sequence similarity clusters, operational taxonomic units (OTUs), of bacteria, archaea, phytoplankton chloroplasts (all via 16S or intergenic spacer (ITS) sequences) and T4-like-myoviruses (via g23 major capsid protein gene sequence). The extent of microdiversity varied between genes (ITS most, g23 least) and only temporally common taxa were highly microdiverse. Overall, 60% of taxa exhibited microdiversity; 59% of these had subtypes that changed significantly as a proportion of the parent taxon, indicating ecologically distinct taxa. Pairwise correlations between prokaryotes and myoviruses or phytoplankton (for example, highly microdiverse Chrysochromulina sp.) improved when using single-base variants. Correlations between myoviruses and SAR11 increased in number (172 vs 9, Spearman>0.65) and became stronger (0.61 vs 0.58, t-test: P<0.001) when using SAR11 ITS single-base variants vs OTUs. Whole-community correlation between SAR11 and myoviruses was much improved when using ITS single-base variants vs OTUs, with Mantel rho=0.49 vs 0.27; these results are consistent with strain-specific interactions. Mantel correlations suggested >1 μm (attached/large) prokaryotes are a major myovirus source. Consideration of microdiversity improved observation of apparent host and virus networks, and provided insights into the ecological and evolutionary factors influencing the success of lineages, with important implications to ecosystem resilience and microbial function.