27 July 2021
AperTO - Archivio Istituzionale Open Access dell'Università di Torino
Original Citation:
Driving factors of soil microbial ecology in alpine, mid-latitude patterned grounds (NW Italian Alps)
Published version:
DOI:10.1007/s00374-016-1147-z
Terms of use:
Open Access
(Article begins on next page)
Anyone can freely access the full text of works made available as "Open Access". Works made available under a
Creative Commons license can be used according to the terms and conditions of said license. Use of all other works
requires consent of the right holder (author or publisher) if not exempted from copyright protection by the applicable law.
Availability:
This is the author's manuscript
1
D
ri
vi
ng
f
ac
to
rs
o
f
so
il
m
ic
ro
bi
al
e
co
lo
gy
in
a
lp
in
e,
m
id
-l
at
it
ud
e
p
at
te
rn
ed
1gr
ou
n
d
s
(N
W
I
ta
lia
n
A
lp
s)
2 3R
.
4 D IS A FA , U ni ve rs it y of T u ri n, L ar go B ra cc in i 2 , 1 00 95 G ru gl ia sc o (T O ) It al y 5C
or
re
sp
on
di
ng
a
ut
ho
r:
6
ro
be
rt
a.
go
rr
a@
un
ito
.it
7Te
l:
+
39
0
11
6
70
88
40
8F
ax
: +
39
0
11
6
70
85
49
9 10A
b
st
ra
ct
:
11 Pa tte rn ed g ro un d (P G ) is o ne o f th e m os t e vi de nt e xp re ss io ns o f cr yo ge ni c pr oc es se s af fe ct in g 12 pe ri gl ac ia l so il s, w he re m ac ro sc op ic , re pe at ed v ar ia tio ns i n so il m or ph ol og y se em t o be 13 as so ci at ed w ith s m al l-sc al e ed ap hi c an d ve ge ta tio n gr ad ie nt s, p ot en ti al ly i nf lu en ci ng a ls o 14 m ic ro bi al co m m un iti es . W hi le fo r hi gh la tit ud e en vi ro nm en ts on ly fe w st ud ie s on P G 15 m ic ro bi ol og y ar e av ai la bl e, th e al pi ne co nt ex t, w he re PG fe at ur es ar e ra re r, is al m os t 16 un ex pl or ed u nd er t hi s po in t of v ie w . W e fo llo w ed a d ou bl e ap pr oa ch , ba se d on D en at ur in g 17 G ra di en t G el E le ct ro ph or es is ( D G G E ) an d qu an ti ta ti ve P C R ( qP C R ), i n or de r to i nv es tig at e 18 m ic ro bi al c om m un it y co m po si ti on an d to e va lu at e th e ab un da nc e of p hy lo ge ne ti c m ar ke rs a nd 19 fu nc ti on al g en es ( ba ct er ia l a nd a rc ha ea l am oA ) w it hi n si ng le P G f ea tu re s an d am on g di ff er en t 20 si te s fr om fo ur a re as in th e W es te rn It al ia n A lp s, c ha ra ct er iz ed b y di ff er en t l it ho ty pe s. B ac te ri al , 21 ar ch ae al a nd f un ga l co m m un it y co m po si tio n w as q ui te h om og en eo us w it hi n si ng le f ea tu re s, 22 w ith m or e di ff er en ce s am on g sa m pl es c ol le ct ed f ro m d if fe re nt l it ho lo gi es . T he a bu nd an ce o f 23 ph yl og en et ic a nd f un ct io na l m ar ke rs w as u ni fo rm a t di ff er en t si te s, e xc ep t fo r th e hi gh es t 24 al tit ud e on e sh ow in g th e lo w es t b ac te ri al , a rc ha ea l a nd a m m on ia -o xi di zi ng a rc ha ea a bu nd an ce . 25 N ev er th el es s, a t a sm al l-sc al e le ve l, a co nc en tr ic d is tr ib ut io n of m ic ro bi al m ar ke rs w as 26 de sc ri be d w it hi n si ng le f ea tu re s, p ar al le li ng s oi l ch em ic al p ro pe rt ie s tr en ds . T he se f ir st r es ul ts 27 su pp or t th e hy po th es is t ha t m ic ro bi al e co lo gy i n al pi ne , pe ri gl ac ia l ec os ys te m s is d ri ve n by a 28 co m pl ex s er ie s of e nv ir on m en ta l fa ct or s, s uc h as l ith ol og y, a lt itu de a nd c ry og en ic a ct iv it y, 29 ac tin g si m ul ta ne ou sl y on c om m un it y sh ap in g bo th in te rm s of d iv er si ty a nd a bu nd an ce . 30 31K
ey
w
or
ds
:
32 2 Pe ri gl ac ia l a lp in e so il s; C ry ot ur ba tio n; L it ho lo gy ; C om m un it y st ru ct ur e; M ic ro bi al a bu nd an ce 1 2In
tr
od
uc
ti
on
3 Pa tte rn ed g ro un d (P G ) de ri ve s fr om c ry og en ic p ro ce ss es a nd r ep re se nt s on e of th e m os t 4 sp ec ta cu la r ex pr es si on in p er ig la ci al la nd sc ap es . C yc li c so il fr ee zi ng a nd th aw in g, 5 ac co m pa ni ed b y ic e le ns f or m at io n, le ad s to s ev er e gr ou nd m od if ic at io ns , r es ul ti ng in s ur fa ce 6 ge om et ri c pa tt er ns in cl ud in g ci rc le s, p ol yg on s, n et w or ks o r st ri pe s. T he p re se nc e of te xt ur al 7 so rt in g, w it h st on y ar ea s al te rn at ed to s oi l a nd f in e de br is c ha ra ct er iz es s or te d pa tte rn ed 8 gr ou nd , w hi le in n on so rt ed p at te rn ed g ro un d si ng le f ea tu re s ar e de fi ne d by d if fe re nc es in 9 gr ou nd r el ie f or v eg et at io n co ve r. In b ot h ca se s, tw o do m ai ns a re o ft en r ec og ni za bl e: c en tr al 10 pa rt s of f in er m at er ia l o r ba re g ro un d, m or e st ro ng ly a ff ec te d by c ry og en ic p ro ce ss es ; a nd 11 pe ri ph er al a re as , r ic he r in s to ne s an d/ or v eg et at io n (B al la nt yn e et a l. 20 13 ; W al ke r et a l. 12 20 08 ). T he se m ac ro sc op ic , r ep ea te d va ri at io ns in g ro un d m or ph ol og y pr od uc e al so s m al l-13 sc al e gr ad ie nt s in p hy si ca l a nd c he m ic al s oi l p ro pe rt ie s, c ha ng in g be tw ee n ce nt re s an d ri m s 14 (B ar re tt et a l. 20 04 ; D 'A m ic o et a l. 20 15 ; M ic ha el so n et a l. 20 12 ; W ag ne r et a l. 20 05 ). I n th is 15 se ns e, s in gl e pa tte rn ed g ro un d fe at ur es c an b e se en a s sm al l, ub iq ui to us m od el u ni tie s us ef ul 16 to in ve st ig at e th e ef fe ct o f cr yo tu rb at io n pr oc es se s on s oi l e vo lu tio n, p la nt c ol on iz at io n, a nd 17 or ga ni c C a cc um ul at io n an d st or ag e in g eo gr ap hi ca ll y, c lim at ic al ly a nd to po gr ap hi ca ll y 18 di ve rs e en vi ro nm en ts . I n fa ct , p at te rn ed g ro un d fo rm at io n is w id es pr ea d in h ig h-la tit ud e 19 en vi ro nm en ts , s uc h as p ol ar o r su b-po la r re gi on s, b ut o cc ur s al so in a lp in e ar ea s, in p re se nc e 20 of p er m af ro st o r se as on al g ro un d fr ee zi ng c on di ti on s an d fa vo ur ab le to po gr ap hi c co nd it io ns 21 (B al la nt yn e et a l. 20 13 ). 22 U nt il n ow , s ev er al w or ks r ec og ni ze d th e pr es en ce o f a st ro ng i nt er ac tio n be tw ee n so il 23 pr oc es se s an d ve ge ta ti on in p at te rn ed g ro un d fo rm at io n an d fu nc tio ni ng ( D 'A m ic o et a l. 20 15 ; 24 M ic ha el so n et a l. 20 12 ; W al ke r et a l. 20 08 ), b ut th e ef fe ct s on s oi l m ic ro bi al p ro pe rt ie s ar e 25 po or ly k no w n. M ic ro or ga ni sm s ar e ab le to s ur vi ve , g ro w a nd b e m et ab ol ic al ly a ct iv e in v er y 26 ha rs h co nd it io ns , s uc h as s ub ze ro te m pe ra tu re s, p re se nc e of ic e an d fr ee ze -t ha w c yc le s 27 (M ar ge si n an d M ite va 2 01 1; S te ve n et a l. 20 06 ). M or eo ve r, th ey p la y ke y ro le s in w ea th er in g 28 pr oc es se s, p ed og en es is , b io ge oc he m ic al c yc li ng a nd p la nt c ol on iz at io n of p er m af ro st s oi ls 29 an d re ce nt ly d eg la ci at ed a re as , l ik e gl ac ie r fo re fi el ds ( B aj er sk i a nd W ag ne r 20 13 ; J an ss on a nd 30 N em er gu t e t a l. 20 06 ). C on si de ri ng th e im pa ct o f m ic ro bi al c om m un it ie s on s oi l 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 21 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 72 28 29 30 31 32 33 34 53 36 37 38 39 40 41 24 43 44 45 46 47 48 49 05 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 653 ec os ys te m p ro pe rt ie s, it is n ec es sa ry to in cr ea se o ur c om pr eh en si on o f th e ro le o f m ic ro bi al 1 co m m un iti es in a c om pl ex a nd d yn am ic p ed o-en vi ro nm en t l ik e pa tte rn ed g ro un d. 2 T o da te , o nl y a lim it ed n um be r of s tu di es c on si de re d pa tte rn ed g ro un ds f ro m a 3 m ic ro bi al p oi nt o f vi ew , a ll r ef er ri ng to A rc ti c or A nt ar ct ic a re as . I n pa rt ic ul ar , s ev er al s tu di es 4 fo cu se d on p ol yg on al s oi ls , d ue to th ei r la rg e di ff us io n in tu nd ra e co sy st em s an d to th ei r 5 po te nt ia l r ol e in g lo ba l m et ha ne p ro du ct io n lin ke d to th e w at er lo gg ed , a no xi c co nd iti on s 6 af fe ct in g th es e so ils . D if fe re nc es in te rm s of c om m un it y co m po si ti on w er e de sc ri be d al on g 7 de pt h gr ad ie nt s (F ra nk -F ah le e t a l. 20 14 ; W ag ne r et a l. 20 05 ), c om pa ri ng c en tr al a nd m ar gi na l 8 ar ea s of s in gl e fe at ur es ( W ag ne r et a l. 20 05 ), a nd c on si de ri ng d if fe re nt p ol yg on al s oi ls 9 (F ra nk -F ah le e t a l. 20 14 ; L aw le y et a l. 20 04 ). A no th er li ne o f in ve st ig at io n co nc er ne d 10 pa tte rn ed g ro un ds a lo ng th e N or th A m er ic an A rc tic T ra ns ec t. T im li ng e t a l. (2 01 4) a nd 11 G on zá le z et a l. (2 01 4) c om pa re d m ic ro bi al c om m un it ie s in te rm s of b io m as s an d fu ng al 12 co m m un it y co m po si ti on in p at te rn ed g ro un d fe at ur es ( P G F) a nd a dj ac en t v eg et at ed s oi ls 13 (A V S) a lo ng a to po gr ap hi c an d cl im at ic g ra di en t, de te ct in g si gn if ic an t d if fe re nc es b et w ee n 14 PG F an d A V S b ot h in te rm s of m ic ro bi al b io m as s an d di ve rs it y, c oh er en tl y w ith d if fe re nt ia l 15 di st ri bu tio n of p la nt c ov er a nd s oi l p ro pe rt ie s al re ad y de sc ri be d (W al ke r et a l. 20 08 , 2 01 1) . 16 O n a br oa de r sc al e, th ey n ot ic ed th at th e hi er ar ch y of e nv ir on m en ta l f ac to rs p ot en tia ll y 17 in vo lv ed in c om m un it y sh ap in g ch an ge s w ith in th e bi oc li m at ic g ra di en t. F or in st an ce , i n m or e 18 ex tr em e en vi ro nm en ts , s uc h as th e hi gh er la tit ud e po la r de se rt s, th ey f ou nd th at d is tu rb an ce s 19 lin ke d to c ry ot ur ba tio n ha ve s m al le r im pa ct s on m ic ro bi al b io m as s an d co m m un it y 20 co m po si tio n th an a t l ow er la ti tu de s, r es ul tin g in li m ite d di ff er en ce s be tw ee n P G F an d A V S . 21 C on ve rs el y, to po gr ap hi c po si tio n, a na ly ze d by G on zá le z et a l. (2 01 4) b y co m pa ri ng d ry , w et 22 an d m es ic z on es , b ec om es a m or e im po rt an t d ri ve r in w ar m er s ub zo ne s. 23 W hi le p at te rn ed g ro un d la nd sc ap es a re e xt en si ve ly d is tr ib ut ed in A rc ti c an d su ba rc ti c 24 re gi on s, in m id -l at it ud e m ou nt ai n ra ng es th ei r di ff us io n is li m ite d to f ew a re as c ha ra ct er iz ed 25 by f la t s ur fa ce s, r ap id s no w r em ov al b y w in d an d hi gh w at er a va il ab ili ty ( B oc kh ei m a nd 26 M un ro e 20 14 ). F or th is r ea so n, th e id en tif ic at io n of s ite s su ita bl e fo r th e st ud y of th e 27 co m bi ne d ac tio n of c lim at ic c on di tio ns a nd c ry ot ur ba ti on d is tu rb an ce s on s oi l m ic ro bi al 28 co m m un iti es is r at he r co m pl ex . O n th e ot he r ha nd , t he p re se nc e of th e sa m e ph en om en on 29 re pl ic at ed in s it es g eo gr ap hi ca ll y cl os e to e ac h ot he r gi ve s th e op po rt un it y to in ve st ig at e th e 30 in fl ue nc e of o th er e nv ir on m en ta l d ri ve rs p ot en tia ll y in vo lv ed in c om m un iti es a nd e co sy st em 31 m od el li ng , l ik e al tit ud e, p ar en t m at er ia l l it ho lo gy a nd s oi l p ro pe rt ie s. T he p ar en t m at er ia l 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 4 lit ho lo gy , i n pa rt ic ul ar , h as a s tr on g im pa ct n ot o nl y on th e m or ph ol og y of p at te rn ed g ro un d 1 fe at ur es , d ue to th e di ff er en t r es is ta nc e to ic e-dr iv en w ea th er in g, b ut a ls o on s oi l c he m ic al 2 pr op er tie s an d pl an t c ol on iz at io n (M ic ha el so n et a l. 20 08 ). T hi s su gg es ts th at a ls o th e 3 co m po si tio n an d di st ri bu tio n of m ic ro bi al c om m un iti es m ig ht b e in fl ue nc ed b y th es e 4 pr op er tie s, a s al re ad y re po rt ed f or o th er c ol d ec os ys te m s (B oy d et a l. 20 07 ; L ar ou ch e et a l. 5 20 12 ; N yy ss ön en e t a l. 20 14 ; R ei th e t a l. 20 15 ). 6 W ith th is s tu dy , w e pe rf or m ed a p re li m in ar y in ve st ig at io n -t he f ir st , o n ou r be st 7 kn ow le dg o n m ic ro bi al c om m un iti es in ha bi ti ng p at te rn ed g ro un d fe at ur es in a n al pi ne 8 co nt ex t, in te rm s of c om po si ti on , o ve ra ll di ve rs ity a nd a bu nd an ce . W e ch os e fo ur a ct iv e 9 pa tte rn ed g ro un d si te s in th e N or th -W es te rn I ta lia n A lp s, d ev el op ed o n di ff er en t l ith ot yp es 10 cr ea ti ng la rg e gr ad ie nt s in c he m ic al s oi l p ro pe rt ie s su ch a s av ai la bl e nu tr ie nt s an d he av y m et al 11 co nt en ts . O ur h yp ot he si s w as th at , a s fo r ch em ic al s oi l p ro pe rt ie s an d pl an t d is tr ib ut io n, 12 cr yo tu rb at io n sh ou ld h av e an im pa ct a ls o on m ic ro bi al p op ul at io n, b ot h in te rm s of b io m as s 13 di st ri bu tio n an d co m m un it y co m po si tio n. T he in te ns it y of th is in fl ue nc e sh ou ld b e m od ul at ed 14 by s ite -s pe ci fi c ed ap hi c pr op er tie s li nk ed to p ar en t m at er ia l l it ho lo gy . T hi s w or k ha d th us 15 th re e m ai n ob je ct iv es : 1 ) to g iv e a fi rs t i ns ig ht in th e m ic ro bi al e co lo gy o f a fa sc in at in g an d 16 pr ev io us ly a lm os t u ne xp lo re d ec os ys te m ; 2 ) to d es cr ib e an d co m pa re m ic ro bi al d iv er si ty a nd 17 di st ri bu tio n bo th a t a s m al l-sc al e, w it hi n si ng le P G f ea tu re s, a nd a m on g di ff er en t s it es ; 3 ) to 18 de fi ne s oi l p ro pe rt ie s po te nt ia ll y in vo lv ed in s ha pi ng m ic ro bi al c om m un iti es c om po si tio n. 19 20
M
at
er
ia
ls
a
n
d
m
et
h
od
s
21 Sa m pl e co ll ec ti on 22 Fo r th is s tu dy , f ou r ac ti ve p at te rn ed g ro un d ar ea s, lo ca te d in th e W es te rn I ta li an A lp s an d 23 do m in at ed b y st ri pe s, s or te d an d no ns or te d ci rc le s, w er e ch os en . A ll ar ea s w er e lo ca te d in 24 pr ot ec te d ar ea s (M on t A vi c N at ur al P ar k an d G ra n P ar ad is o N at io na l P ar k) . 25 T he d if fe re nt s ite s w er e ch ar ac te ri ze d by d if fe re nt p ar en t m at er ia l ( Ta bl e 1) : 26 ca lc sc hi st s (C S si te ), s er pe nt in it e an d m et am or ph ic g ab br os r es pe ct iv el y in S P an d G B s it es , 27 an d fr os t s ha tte re d gn ei ss a t G N s ite . I n C S a nd G B , t he p ar en t m at er ia ls w er e en ri ch ed in 28 sm al l q ua nt it ie s of s er pe nt in it e de ri ve d fr om u ps lo pe a re as . 29 Fo r ea ch s ite , o ne ty pi ca l P G f ea tu re w as e xa m in ed in o rd er to m in im iz e th e sa m pl in g 30 im pa ct o n th es e ec os ys te m s. F iv e su rf ac e sa m pl es ( 0-10 c m ) w er e co lle ct ed e qu al ly s pa ce d 31 al on g a no rt h-so ut h tr an se ct d ra w n ac ro ss th e ci rc le /s tr ip e. H en ce , w e ob ta in ed tw o ex te rn al 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 21 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 72 28 29 30 31 32 33 34 53 36 37 38 39 40 41 24 43 44 45 46 47 48 49 05 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 655 sa m pl es , t ak en f ro m th e st on y/ ve ge ta te d ri m s (N a nd S ), o ne c en tr al s am pl e (C ) an d tw o 1 in te rm ed ia te s am pl es ( N C a nd S C ), a s sh ow n in F ig . 1 . A to ta l o f 20 s am pl es w as o bt ai ne d. 2 Sa m pl in g to ok p la ce in la te S ep te m be r 20 12 . I n th at p er io d, n ig ht ti m e ai r te m pe ra tu re s 3 w er e ex pe ct ed to d ro p be lo w f re ez in g po in t, en ha nc in g fr ee ze -t ha w c yc li ng ; b el ow th e 4 sa m pl ed d ep th , i n fa ct , t he s oi ls w er e co m pl et el y fr oz en . A ll th e sa m pl es w er e co ll ec te d in th e 5 ea rl y af te rn oo n, s to re d at 4 ° C in th e fi el d an d du ri ng th e tr an sp or t a nd a t 2 0 °C in th e 6 la bo ra to ry p ri or to f ur th er a na ly si s. 7 C lim at ic c on di tio ns o f th e st ud y ar ea s an d m or ph ol og ic al , m in er al og ic al a nd te xt ur al 8 ch ar ac te ri st ic s of P G s oi ls , a s w el l a s ve ge ta tio n ty pe a nd d is tr ib ut io n, a re d es cr ib ed in d et ai l 9 in D 'A m ic o et a l. 20 15 . S oi l c he m ic al p ro pe rt ie s an d pe rc en ta ge o f ve ge ta ti on c ov er , 10 m ea su re d at e ac h sa m pl in g po in t a nd r ep or te d in th e sa m e st ud y, a re s um m ar iz ed in T ab le 2 . 11 12 So il D N A e xt ra ct io n 13 To ta l s oi l D N A w as e xt ra ct ed f ro m 0 .5 g o f so il sa m pl es u si ng th e F as tD N A T M S P IN K it f or 14 So il an d th e F as tP re p ® I ns tr um en ts 15 in st ru ct io ns . Q ua nt it y, q ua lit y an d in te gr it y of e xt ra ct ed D N A w er e ev al ua te d us in g a 16 N an oD ro p N D -1 00 0 sp ec tr op ho to m et er ( T he rm o Fi sc he r S ci en tif ic ) an d ag ar os e ge l 17 el ec tr op ho re si s. 18 19 P C R -D G G E 20 Po ly m er as e ch ai n re ac tio n (P C R ) pr od uc ts f or d en at ur in g gr ad ie nt g el e le ct ro ph or es is 21 (D G G E ) w er e ob ta in ed b y am pl if yi ng to ta l b ac te ri al a nd a rc ha ea l 1 6S r R N A g en es a nd f un ga l 22 26 S rR N A g en es . W hi le b ac te ri al a nd f un ga l g en es w er e am pl if ie d di re ct ly f ro m th e ex tr ac te d 23 D N A , a n es te d ap pr oa ch w as f ol lo w ed f or A rc ha ea . P ri m er p ai rs w er e 35 7F -G C a nd 5 18 R 24 (M uy ze r et a l. 19 93 ) f or b ac te ri a ( M uy ze r et a l. 19 93 ) , N L 1 an d L S 2 25 C oc ol in e t a l. 20 00 ) f or f un gi , A 2F a nd 1 49 2R 26 (R ey se nb ac h et a l. 19 95 ; L an e 19 91 ) a nd S aF -G C a nd P A R C H 51 9R ( N ic ol e t a l. 20 03 ; 27 Ø vr eå s et a l. 19 97 ) f or th e fi rs t a nd s ec on d st ep o f ar ch ae al P C R r es pe ct iv el y ( R ey se nb ac h et 28 al . 1 99 5; L an e 19 91 ; . P ri m er s eq ue nc es a nd r ea ct io n 29 co nd iti on s ar e re po rt ed in O nl in e R es ou rc e 2. 30 A ll P C R r ea ct io ns w er e ca rr ie d ou t i n a D N A E ng in e ® P el ti er T he rm al C yc le r (B io -31 R ad L ab or at or ie s) in a 2 5 µ l r ea ct io n vo lu m e co nt ai ni ng 1 x r ea ct io n bu ff er ( B io lin e) , 3 m M 32 6 M gC l2 , 0 .0 2 bo vi ne s er um a lb um in ( B SA ), 0 .2 m M o f ea ch d N T P, 0 .4 µ M o f ea ch p ri m er , 1 1. 25 U o f B IO TA Q T M D N A p ol ym er as e (B io li ne ) an d 2 µ l o f so il D N A d ilu te d 1: 10 in s te ri le 2 D N as e-tr ea te d w at er ( S ig m a) . S ec on d st ep s of n es te d PC R w er e pe rf or m ed w ith ou t B S A , 3 us in g 1 µ l o f th e fi rs t s te p pr od uc t a s te m pl at e. 4 D G G E w as c ar ri ed o ut a s pr ev io us ly d es cr ib ed b y W eb st er e t a l. (2 00 6) u si ng a 5 D C od e T M U ni ve rs al M ut at io n D et ec tio n S ys te m ( B io -R ad L ab or at or ie s) , w ith a g ra di en t f ro m 6 30 to 6 0% . E le ct ro ph or es is w as r un a t 2 00 V f or 5 h ( w it h an in it ia l 1 0 m in a t 8 0 V ) at 6 0° C 7 in 1 x T A E b uf fe r. G el s w er e st ai ne d fo r 30 m in w ith S Y B R ® G ol d nu cl ei c ac id g el s ta in 8 (I nv itr og en ) an d vi su al iz ed u nd er U V w ith a n U V Ip ro P la tin um G el D oc um en ta ti on S ys te m 9 (U V It ec ). 10 R ep ro du ci bi li ty o f D G G E p ro fi le s w as te st ed b y co m pa ri ng P C R p ro du ct s ob ta in ed b y 11 us in g D N A e xt ra ct ed in tr ip lic at e fr om th e sa m e sa m pl e as te m pl at e. C on si de ri ng th at g oo d 12 re pr od uc ib il it y w as a ch ie ve d, D G G E g el s w er e or ga ni ze d in o rd er to c om pa re s in gl e sa m pl es 13 w ith in P G f ea tu re s an d am on g di ff er en t s ite s (O nl in e R es ou rc e 1) . D G G E b an ds r ec ur re nt a t 14 si te le ve l, or s ha re d am on g di ff er en t s ite s w er e ex ci se d, in cu ba te d on e ni gh t a t -20 °C , w as he d 15 an d cr us he d in 1 0-20 µ l o f m ol ec ul ar -g ra de w at er . S up er na ta nt ( 1 µ l) w as u se d as te m pl at e 16 an d PC R w as p er fo rm ed a s ab ov e ex ce pt f or th e el im in at io n of B SA a nd th e em pl oy m en t of 17 m od if ie d lin ke r-PC R a rc ha ea l a nd b ac te ri al p ri m er s de sc ri be d in ( 20 08 ) . P C R 18 pr od uc ts w er e se qu en ce d an d se ar ch ed f or s eq ue nc e si m ila ri ti es in th e N at io na l C en te r fo r 19 B io te ch no lo gy I nf or m at io n da ta ba se u si ng n uc le ot id e B as ic L oc al A lig nm en t S ea rc h To ol 20 (B L A S T n) a na ly si s (A lt sc hu l 1 99 0) . 21 O bt ai ne d 16 S ba ct er ia l r R N A g en e se qu en ce s w er e su bm itt ed to th e E ur op ea n 22 N uc le ot id e A rc hi ve E M B L da ta ba se ( ht tp :/ /w w w .e bi .a c. uk /e na ) u nd er a cc es si on n um be rs . 23 Su bm is si on c od e w as H x2 00 00 54 95 2. L T 61 36 07 -L T 61 36 35 . 24 25 Q u an ti ta ti ve P C R 26 T he a bu nd an ce o f di ff er en t p hy lo ge ne tic m ar ke rs a nd f un ct io na l g en es w as e st im at ed b y re al -27 tim e qu an tit at iv e P C R ( qP C R ). 28 Fo r st an da rd c ur ve s co ns tr uc ti on , t he r ef er en ce g en es w er e am pl if ie d fr om g en om ic 29 D N A e xt ra ct ed f ro m p ur e cu lt ur es o f st an da rd o rg an is m s: L ac to co cc us la ct is s ub sp . c re m or is 30 fo r ba ct er ia l 1 6S , M et ha no co cc oi de s m et hy lu te ns f or a rc ha ea l 1 6S , S ac ch ar om yc es c er ev is ia e 31 fo r eu ka ry ot ic 2 6S a nd N itr os om on as e ur op ae a fo r ba ct er ia l a m oA . P C R p ro du ct s w er e th an 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 21 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 72 28 29 30 31 32 33 34 53 36 37 38 39 40 41 24 43 44 45 46 47 48 49 05 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
7 1 in st ru ct io ns , q ua nt if ie d by N an oD ro p an d us ed to p re pa re s er ia l d il ut io ns in m ol ec ul ar -g ra de 2 w at er . 3 Pr im er p ai rs u se d fo r st an da rd p re pa ra ti on w er e 27 F an d 14 92 R ( L an e 19 91 ) f or 4 ba ct er ia ( L an e 19 91 ) , S -D -A rc h-00 25 -a -S -1 7 an d 15 17 R ( V et ri an i e t a l. 19 99 ) f or a rc ha ea 5 (V et ri an i e t a l. 19 99 ) , N L 1 an d L S 2 C oc ol in e t a l. 20 00 ) f or f un gi 6 an d am oA -1 F an d am oA -2 R ( M c T av is h et a l. 19 93 ) 7 fo r ba ct er ia l a m oA g en es ( M c T av is h et a l. 19 93 ) . P ri m er s eq ue nc es a nd r ef er en ce s fo r PC R 8 co nd iti on s ar e re po rt ed in O nl in e R es ou rc e 3, w hi le m as te r m ix c om po si tio n w as a s de sc ri be d 9 ab ov e (e xc lu di ng B S A ). 10 O nl y fo r ar ch ae al a m oA g en e, P C R p ro du ct s ob ta in ed b y am pl if yi ng t ot al D N A 11 ex tr ac te d fr om P G s am pl e 2N w ith p ri m er p ai r A rc h-am oA F an d A rc h-am oA R ( Fr an ci s et a l. 12 20 05 ) w er e po ol ed , p ur if ie d, q ua nt if ie d by N an oD ro p, s er ia ll y di lu te d an d us ed f or s ta nd ar d 13 cu rv e co ns tr uc tio n. 14 qP C R r ea ct io ns w er e pe rf or m ed u si ng a C hr om o4 T M R ea l T im e PC R D et ec ti on 15 S ys te m ( B io -R ad L ab or at or ie s) , a nd d at a w er e an al ys ed w ith th e M J O pt ic on M on it or 16 so ft w ar e (v er si on 3 .1 ). P ri m er p ai rs w er e th e sa m e as f or s ta nd ar d pr ep ar at io n, e xc ep t f or 17 B ac te ri a an d A rc ha ea . T he f ir st w er e su bs tit ut ed b y th e pa ir 5 19 F an d 90 7R ( L an e 19 91 ; 18 M uy ze r et a l. 19 95 ), th e se co nd b y th e pa ir S -D -A rc h-00 25 -a -S -1 7 an d S -D -A rc h-03 44 -a -S -19 20 ( V et ri an i e t a l. 19 99 ). T he P C R m ix tu re c on ta in ed 0 .3 µ M o f ea ch p ri m er , 1 0 µ l o f 20 Ss oA dv an ce d T M S Y B R ® G re en S up er m ix a nd 2 µ l o f so il D N A d ilu te d 1: 10 1 :1 00 , i n a to ta l 21 vo lu m e of 2 0 µ l. O pt im al D N A d il ut io n w as c ho se n in o rd er to m in im iz e in hi bi tio n pr ob le m s 22 lin ke d to lo w A 26 0/ A 23 0 ra ti o of e xt ra ct ed D N A . A ll th e sa m pl es a nd th e st an da rd s w er e 23 an al ys ed in tr ip lic at e on P C R s tr ip tu be s (B io -R ad L ab or at or ie s) w ith th e fo llo w in g th er m al 24 cy cl in g co nd iti on s: 9 5° f or 5 m in , f ol lo w ed b y 40 c yc le s of 9 5° C f or 3 0 se c, a nn ea lin g fo r 30 25 se c an d 72 °C f or 1 m in . D if fe re nt a nn ea li ng te m pe ra tu re s ar e re po rt ed in O nl in e R es ou rc e 3. 26 PC R s pe ci fi ci ty w as v er if ie d by m el tin g cu rv es a na ly si s. S ta nd ar d cu rv es R 2 v al ue w as a lw ay s 27 hi gh er th an 0 .9 96 , a nd a ll th e re ac ti on s sh ow ed e ff ic ie nc ie s hi gh er th an 7 0% . 28 29 St at is ti ca l a n al ys is 30 St at is ti ca l a na ly si s w as p er fo rm ed u si ng R 3 .0 .1 s of tw ar e (R F ou nd at io n fo r S ta tis ti ca l 31 So ft w ar e, I ns ti tu te f or S ta ti st ic s an d M at he m at ic s, V ie nn a, A us tr ia ). 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 8 Si gn if ic an t d if fe re nc es in g en e ab un da nc e am on g di ff er en t l ith ol og ie s w er e ch ec ke d 1 by B ro w n-Fo rs yt he o ne -w ay A N O V A c om bi ne d w it h po st h oc G am es -H ow el l t es t a nd 2 di sp la ye d as b ox pl ot s, u si ng th e us er fr ie nd ly sc ie nc e pa ck ag e. 3 M ic ro bi al c om m un it ie s w er e gr ou pe d us in g C lu st er A na ly si s (C A ), a ve ra ge li nk ag e 4 ag gl om er at io n cr ite ri a, B ra y-C ur ti s di ss im il ar it y al go ri th m . T he b es t d is si m il ar ity a lg or it hm 5 (B ra y-C ur ti s) w as s el ec te d ac co rd in g to th e fu nc ti on r an k in de x in th e V eg an p ac ka ge 6 (O ks an en e t a l. 20 13 ), w hi ch c or re la te s m an y di ss im ila ri ty a lg or ith m s w it h a gi ve n gr ad ie nt 7 (i n th is c as e, s oi l-en vi ro nm en ta l p ro pe rt ie s) . A s th e cl us te rs w er e us ua ll y ve ry w el l s ep ar at ed , 8 th ei r st at is ti ca l s ig ni fi ca nc e w as n ot c he ck ed . 9 G ra di en ts in m ic ro bi al c om m un it y co m po si ti on w ith in th e di ff er en t p at te rn ed g ro un d 10 si te s w er e ob se rv ed u si ng u nc on st ra in ed o rd in at io n m et ho ds ( N M D S, K ru sk al , 1 96 4, d is ta nc e 11 B ra y-C ur tis ). T he a na ly si s w as c ar ri ed o ut w it h m et aM D S w ith in R v eg an , u si ng a W is co ns in 12 do ub le s ta nd ar di za tio n an d a m ax im um n um be r of 1 00 r un s to r ea ch th e be st s ol ut io n (t w o 13 ax is ). T o vi su al iz e re la tio ns hi ps b et w ee n m ic ro bi al c om m un it y co m po si tio n an d 14 en vi ro nm en ta l p ar am et er s, th e re su lt in g N M D S b ip lo t w as in te rp re te d us in g a po st -h oc 15 co rr el at io n w it h si gn if ic an t s oi l a nd e nv ir on m en ta l p ar am et er s (f un ct io n en vf it ). 16 Pe ar so n li ne ar c or re la tio n co ef fi ci en ts w er e ca lc ul at ed f or a ss es si ng s ig ni fi ca nt 17 re la tio ns b et w ee n m ic ro bi al a bu nd an ce a nd e nv ir on m en ta l p ar am et er s. 18 19
R
es
u
lt
s
20 C om m un it y st ru ct ur e (P C R -D G G E ) 21 B ac te ri al D G G E p ro fi le s sh ow ed a q ui te h om og en eo us c om m un it y co m po si ti on w ith in s in gl e 22 PG f ea tu re s, w ith m or e di ff er en ce s am on g th e fo ur s ite s (O nl in e R es ou rc e 1) . A p oo l o f 23 ub iq ui to us , b ri gh tl y st ai ne d ba nd s w as c le ar ly r ec og ni za bl e be si de s ev er al s it e-sp ec if ic , o ft en 24 w ea ke r ba nd s. S eq ue nc e an al ys is o f ex ci se d ba nd s hi gh li gh te d th e pr es en ce o f at le as t 7 25 di ff er en t p hy la ( P ro te ob ac te ri a, A ct in ob ac te ri a, V er ru co m ic ro bi a, A ci do ba ct er ia , 26 B ac te ro id et es , C ya no ba ct er ia , a nd C hl or of le xi ), w it h al l t he u bi qu it ou s ph yl ot yp es b el on gi ng 27 to A ci do ba ct er ia o r A lp ha pr ot eo ba ct er ia ( Ta bl e 3) . O nl y tw o of th e de te ct ed b ac te ri al 28 ph yl ot yp es d et ec te d w er e cl os el y re la te d to d es cr ib ed b ac te ri al s pe ci es ( >9 7% s eq ue nc e 29 si m ila ri ty ), w hi le th e m aj or it y w as r el at ed to u nc ul tu re d ba ct er ia p re vi ou sl y fo un d in s oi ls o r 30 pe ri gl ac ia l e co sy st em s. C lu st er a na ly si s co nf ir m ed th e pr es en ce o f di st in ct b ac te ri al 31 co m m un it y co m po si tio n at a ll th e si te s (F ig . 2 ). 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 21 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 72 28 29 30 31 32 33 34 53 36 37 38 39 40 41 24 43 44 45 46 47 48 49 05 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 659 A rc ha ea l D G G E p ro fi le s ap pe ar ed m or e he te ro ge ne ou s co m pa re d to B ac te ri a at a 1 sm al l-sc al e le ve l, bo th in te rm s of b an ds n um be r an d in te ns it y, a nd f ew d om in an t b an ds 2 re cu rr ed in s am pl es c ol le ct ed f ro m d if fe re nt s ite s (O nl in e R es ou rc e 1) . A rc ha ea l c om m un it y 3 st ru ct ur ec om po si tio n in P G s it es s ep ar at ed in d if fe re nt g ro up s, a s in di ca te d by c lu st er 4 an al ys is . O nl y at S P si te a s ep ar at io n be tw ee n ce nt re a nd r im s w as d et ec te d (F ig . 2 ). A ll th e 5 se qu en ce s ob ta in ed f ro m e xc is ed b an ds b el on ge d to T ha um ar ch ae ot a, a nd s ho w ed 9 3-96 % o f 6 se qu en ce s im il ar it y w it h C an di da tu s N itr os os ph ae ra g ar ge ns is o r C an di da tu s N itr os os ph ae ra 7 ev er gl ad en si s. N ea rl y al l t he p hy lo ty pe s w er e cl os el y re la te d to u nc ul tu re d A rc ha ea 8 pr ev io us ly d et ec te d in h ig h-al tit ud e so ils ( as r ep or te d in T ab le 4 ) bu t a ls o w it h D N A 9 se qu en ce s re tr ie ve d fr om te m pe ra te a gr ic ul tu ra l a nd f or es t s oi ls . 10 O ur P C R -D G G E a pp ro ac h w as a bl e to d et ec t o nl y lo w f un ga l d iv er si ty . A s fo r 11 B ac te ri a, th e m ai n di ff er en ce s am on g pr of il es s ee m ed to b e lin ke d to th e si te , r at he r th an th e 12 po si tio n w it hi n P G f ea tu re s. C lu st er a na ly si s su pp or te d th is in te rp re ta ti on , e ve n if f or G B a nd 13 G N s am pl es a c le ar s ep ar at io n ha s no t b ee n fo un d. S am pl e 3N w as e xc lu de d fr om th e an al ys is 14 du e to th e im po ss ib ili ty to o bt ai n a cl ea r D G G E p ro fi le ( Fi g. 2 ). O nl y fe w s eq ue nc es w er e 15 ob ta in ed f ro m f un ga l e xc is ed b an ds , i nc lu di ng b an ds r ec ur re nt a t s it e le ve l, or s ha re d am on g 16 di ff er en t s it es , a ll c or re sp on di ng to A sc om yc ot a or B as id io m yc ot a (T ab le 5 ); in te re st in gl y, 17 fo ur o f th em w er e st ri ct ly r el at ed ( 97 -9 8% s im ila ri ty ) to u nc ul tu re d A sc om yc ot a de te ct ed in 18 PG s fr om N or th A m er ic an A rc tic b y T im li ng e t a l. (2 01 4) . 19 20 M ic ro bi al a bu nd an ce 21 M ic ro bi al a bu nd an ce s w er e as se ss ed b y qu an ti fy in g ba ct er ia l a nd a rc ha ea l 1 6S r R N A g en es 22 an d fu ng al 2 6S g en es w it h a qP C R -b as ed m et ho d. A bu nd an ce o f am m on ia o xi di ze rs w as 23 es ti m at ed b y qu an ti fy in g ba ct er ia l a nd a rc ha ea l a m m on ia m on oo xy ge na se s ub un it A ( am oA ) 24 ge ne s. A ls o to ta l D N A c on ce nt ra tio n w as c on si de re d, a s a pr ox y fo r bi ot ic p re se nc e. 25 C om pa ri ng s am pl es f ro m d if fe re nt li th ol og ie s, s ig ni fi ca nt d if fe re nc es ( P < 0. 05 ) w er e 26 on ly f ou nd f or D N A , b ac te ri al a nd a rc ha ea l m ar ke rs a nd f or a rc ha ea l a m oA g en es ( Fi g. 3 ). I n 27 ge ne ra l, lo w er a bu nd an ce s w er e re po rt ed f or G N s am pl es ( av er ag e of 9 .1 0, 6 .3 1 an d 6. 67 L og 28 co pi es p er g o f dr y so il fo r B ac te ri a, A rc ha ea a nd A O A r es pe ct iv el y) , w hi le C S, S P an d G B 29 sh ow ed s im il ar v al ue s (a ve ra ge o f 9. 92 -1 0. 12 , 6 .6 9-7. 57 a nd 7 .2 1-7. 87 L og c op ie s pe r g of 30 dr y so il f or B ac te ri a, A rc ha ea a nd A O A r es pe ct iv el y) . F un ga l m ar ke r ab un da nc e ra ng ed f ro m 31 an a ve ra ge o f 8. 57 to 9 .2 7 L og c op ie s pe r g of d ry s oi l, w it ho ut s ig ni fi ca nt d if fe re nc es a m on g 32 10 si te s. N ei th er f or b ac te ri al a m oA g en es a bu nd an ce , r an gi ng f ro m a n av er ag e of 4 .3 4 to 5 .5 9 1 L og c op ie s pe r g of d ry s oi l, si gn if ic an t d if fe re nc es w er e de te ct ed . C om pa ri ng o nl y fu nc ti on al 2 ge ne s, a p re do m in an ce o f ar ch ae al o ve r ba ct er ia l a m oA g en es , w it h A O A /A O B L og c op ie s 3 ra ti o ra ng in g fr om 1 .4 to 1 .9 , w as d et ec te d in a ll th e fo ur s ite s. 4 A t a s m al l-sc al e le ve l, a sl ig ht ly c on ce nt ri c va ri at io n w as r ep or te d fo r al l t he 5 ph yl og en et ic m ar ke rs : t he a bu nd an ce o f ba ct er ia l a nd a rc ha ea l g en es d ec re as in g fr om th e ri m s 6 to w ar d th e ce nt re o f si ng le f ea tu re s in C S, G B a nd G N , a nd s ho w in g an o pp os it e tr en d in S P ; 7 fu ng al m ar ke rs r ea ch in g th e hi gh es t v al ue s in in te rm ed ia te p os iti on s (F ig . 4 ). A ls o D N A 8 co nc en tr at io n fo llo w ed a s im ila r tr en d, d ec re as in g fr om th e ri m s to th e ce nt re in C S, G B a nd 9 G N a nd f ro m th e ce nt re to th e ri m s in S P. N o cl ea r re pe at ed p at te rn s w er e de sc ri be d ob se rv in g 10 th e di st ri bu tio n of A O A a nd A O B m ar ke rs w it hi n si ng le P G f ea tu re s. T he o nl y re co gn iz ab le 11 tr en ds w er e a co nc en tr ic d ec re as in g of A O B in G B a nd A O A in G N o r th e no rt h-to -s ou th 12 de cr ea si ng o f A O B in G N a nd A O A in S P. 13 14
D
is
cu
ss
io
n
15 W e pe rf or m ed a p re lim in ar y su rv ey , i n or de r to e xp lo re th e co m po si ti on a nd a bu nd an ce o f m i-16 cr ob ia l c om m un iti es in ha bi ti ng p at te rn ed g ro un d fe at ur es d ev el op ed o n li th ol og ic al ly d is tin ct 17 si te s in a m id -l at itu de a lp in e en vi ro nm en t. A m ol ec ul ar a pp ro ac h co m bi ni ng P C R -D G G E 18 (c om m un it y st ru ct ur e an al ys is ) an d qP C R ( qu an ti ta tiv e an al ys is ) w as a pp li ed , t ar ge tin g ba ct e-19 ri al , a rc ha ea l, an d fu ng al p hy lo ge ne ti c m ar ke rs . M or eo ve r, in o rd er to f oc us o n m ic ro bi al 20 dr iv en p ro ce ss es a ff ec ti ng th es e ec os ys te m s, th e fu nc ti on al g en e am m on ia -m on oo xi ge na se 21 w as in cl ud ed in th e qu an ti ta ti ve a na ly si s. B ot h ba ct er ia ( A O B ) an d ar ch ae a (A O A ) am m on ia -22 ox id is er s dr iv e th e fi rs t a nd r at e-lim it in g st ep o f ni tr if ic at io n. T he ir u se a s pr oc es s in di ca to rs 23 pr ov id es im po rt an t i nf or m at io n du e bo th to th ei r fu nc ti on a nd to d if fe re nt ia l r es po ns e to e nv i-24 ro nm en ta l f ac to rs in fl ue nc ed b y th ei r di ve rs e ec ol og ic al n ic he s (P ro ss er a nd N ic ol 2 01 2) . 25 D N A -t ar ge ti ng te ch ni qu es d o no t d is cr im in at e th e ac ti ve f ro m th e to ta l p op ul at io n an d 26 th e pr es en ce o f hi gh ly r es il ie nt e xt ra ce llu la r D N A a nd D N A d er iv in g fr om d ea d ce ll s m ay 27 le ad to a b ia se d vi ew o f th e ec os ys te m e co lo gy ( Pi et ra m el la ra e t a l. 20 09 ). M or eo ve r, PC R -28 29 co m pa re d to m et ag en om ic s eq ue nc in g. H ow ev er , th e ob je ct iv e of th is w or k w as to in ve st ig at e 30 th e lo ng te rm in fl ue nc e of c ry ot ur ba tio n an d ed ap hi c pr op er tie s on s oi l m ic ro bi al c om m un it y 31 sh ap in g. I n th is s en se , th e da ta o bt ai ne d pr ov id ed e xh au st iv e in fo rm at io n ab ou t t he o ve ra ll 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 21 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 72 28 29 30 31 32 33 34 53 36 37 38 39 40 41 24 43 44 45 46 47 48 49 05 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 6511 m ic ro bi al c om pl ex it y, th e m or e re pr es en te d gr ou ps a nd e vi de nc ed th e ec os ys te m p ro pe rt ie s 1 po ss ib ly in vo lv ed in s ha pi ng a nd in fl ue nc in g th e co m m un it y. 2 O ve ra ll , t he c om po si ti on o f ba ct er ia l c om m un it ie s fo un d on th es e pa tt er ne d gr ou nd 3 fe at ur es r es ul ts q ui te s im il ar to th os e de sc ri be d m or e in m or e d et ai l o n al pi ne s oi ls ( N em er gu t 4 et a l. 20 05 ), o r in o th er p er ig la ci al la nd sc ap es li ke p ol yg on al s oi ls ( Fr an k-Fa hl e et a l. 20 14 ), 5 ic e w ed ge s (W ilh el m e t a l. 20 12 ), o r gl ac ie r fo re fi el ds ( B aj er sk i a nd W ag ne r 20 13 ), in 6 ac co rd an ce w ith D el m on t e t a l. (2 01 4) th at s ho w ed h ow s im ila r ha bi ta ts m ay le ad to th e 7 de ve lo pm en t o f co m m un it ie s w it h si m il ar c om po si tio n. 8 T he p re se nc e of p hy lo ty pe s be lo ng in g to a t l ea st s ev en d if fe re nt p hy la in di ca te s qu it e 9 co m pl ex b ac te ri al c om m un iti es . A m on g pr im ar y pr od uc er s, p ho to tr op hi c C ya no ba ct er ia a nd 10 A lp ha pr ot eo ba ct er ia f am ili es in cl ud in g ch em ol it ho tr op hi c an d ch em oo rg an ot ro ph ic o rg an is m s 11 (B ra dy rh iz ob ia ce ae , R ho do sp ir ill ac ea e, H yp ho m ic ro bi ac ea e) w er e de te ct ed . M or eo ve r, in a ll 12 th e si te s se ve ra l A ci do ba ct er ia -r el at ed p hy lo ty pe s w er e fo un d. T he a bi li ty to g ro w a t l ow 13 nu tr ie nt c on di ti on s an d to le ra te v ar ia tio ns in s oi l h um id it y of te n ch ar ac te ri ze A ci do ba ct er ia 14 (W ar d et a l. 20 09 ), g iv in g a po te nt ia l e xp la na ti on f or th ei r ub iq ui ty in th e ex am in ed p at te rn ed 15 gr ou nd e co sy st em s. F in al ly , t he p re se nc e of a t l ea st o ne r ep re se nt at iv e of B ac te ro id et es in a ll 16 th e si te s su gg es ts th at th es e co m m un it ie s ca n ho st a ls o a gr ou p of d eg ra de rs o f co m pl ex 17 su bs tr at es ( N em er gu t e t a l. 20 05 ). 18 A rc ha ea s ho w ed lo w er d if fe re nt ia tio n, w ith a ll th e in ve st ig at ed p hy lo ty pe s be lo ng in g 19 to T ha um ar ch ae ot a di vi si on . C on si de ri ng th at T ha um ar ch ae ot a in cl ud es a ll k no w n ar ch ae al 20 am m on ia o xi di ze rs , t hi s re su lt is a ls o co ns is te nt w it h th e hi gh a bu nd an ce o f am oA g en e 21 co pi es , w hi ch e xc ee d th ei r ba ct er ia l a na lo gu es in a ll th e sa m pl es . S im ila r si tu at io ns a re q ui te 22 co m m on in d if fe re nt e co sy st em s, p ar tic ul ar ly in a ci di c so ils ( P ro ss er a nd N ic ol 2 01 2; Q in e t 23 al . 2 01 3; T ia n et a l 2 01 4; X u et a l. 20 12 ), a nd h as b ee n re po rt ed b y Fr an k-Fa hl e et a l. (2 01 4) 24 fo r po ly go na l t un dr a. N ev er th el es s, th e sa m e st ud y po in te d ou t a c le ar p re do m in an ce o f 25 m et ha no ge ns , n ot d et ec te d in th is s tu dy . P re vi ou s st ud ie s hi gh li gh te d th e im po rt an ce o f 26 w at er lo gg in g, c om m on p he no m en on a ff ec ti ng p ol yg on al s oi ls , i n dr iv in g pe rm af ro st 27 m ic ro bi al c om m un it y co m po si tio ns tr uc tu re ( O ll iv ie r et a l. 20 14 ). H ow ev er , t he s tu dy s it es 28 pr es en t q ui te d if fe re nt c ha ra ct er is ti cs , i n te rm s of w at er c on te nt , 1 2-28 % ( un pu bl is he d da ta ), 29 fr om th os e re po rt ed f or h ig h la tit ud e pa tte rn ed g ro un d ec os ys te m s. T he re fo re , t he 30 pr ed om in an ce o f ae ro bi c ph yl ot yp es o ve r an ae ro bi c is n ot s ur pr is in g an d co ul d in di ca te a 31 re le va nt r ol e of T ha um ar ch ae ot a in in fl ue nc in g N ni tr og en a va il ab il it y in m id -l at itu de P G s. 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 12 In te rm s of a rc ha ea l s eq ue nc es , t he p re se nc e of id en tic al s eq ue nc es ( 10 0% s im il ar it y) 1 in o ur s am pl es a nd in b ot h co ld o r ro ck -a ss oc ia te d ec os ys te m s an d te m pe ra te a gr ic ul tu ra l a nd 2 fo re st s oi ls m ig ht s ug ge st th e co sm op ol ita n na tu re o f at le as t a p ar t o f th e co m m un it y. 3 In g en er al , a na ly si s of b ac te ri al , a rc ha ea l a nd f un ga l p hy lo ge ne ti c m ar ke rs r ev ea le d a 4 qu ite h om og en eo us c om m un it y co m po si tio n w ith in s in gl e P G Fs , w ith ou t a c le ar s ep ar at io n 5 be tw ee n sa m pl es c ol le ct ed f ro m th e ve ge ta te d ri m s an d th e ce nt ra l, ne ar ly b ar e so il po rt io n. 6 T hi s is a ls o co he re nt w it h th e re su lts th at T im li ng e t a l. (2 01 4) o bt ai ne d fo r fu ng al 7 ph yl og en et ic m ar ke rs in ve st ig at in g pa tt er ne d gr ou nd s in th e no rt he rn m os t b io cl im at ic 8 su bz on e of th e N or th A m er ic an A rc ti c T ra ns ec t. 9 D if fe re nc es in c om m un it y co m po si tio n w er e re la te d m or e co ns is te nt ly to th e sa m pl in g 10 si te th an to th e po si tio n ac ro ss th e P G Fs . A ls o th e N M D S an al ys is ( Fi g. 5 ), p er fo rm ed o n th e 11 av er ag e ba nd d is tr ib ut io n of a ll th e ph yl og en et ic m ar ke rs , s up po rt ed th is s ep ar at io n am on g 12 si te s, p oi nt in g ou t t he m ai n pa ra m et er s 5) in vo lv ed in s it e 13 di ff er en ti at io n an d, p ot en ti al ly , i n sh ap in g th e co m po si tio n of m ic ro bi al c om m un it y (T ab le 6 ). 14 Fo r in st an ce , t he G N s ite w as lo ca te d at th e hi gh es t a lt it ud e, a nd w as c ha ra ct er iz ed b y hi gh es t 15 P co nt en t a nd e xc ha ng ea bl e C a/ M g ra ti o. C on ve rs el y, h ig h le ve ls o f ex ch an ge ab le M g an d N i 16 fi tte d w it h th e SP c om m un it y; C S s it es w er e m ai nl y ch ar ac te ri ze d by h ig h le ve ls o f C a, w hi le 17 G B c om m un iti es w er e co rr el at ed w ith in te rm ed ia te le ve ls o f m os t s oi l p ar am et er s. T hi s se em s 18 to s ug ge st th at in th is m id -l at itu de , a lp in e co nt ex t p ar en t m at er ia l l ith ol og y ca n be a s tr on g 19 dr iv er f or m ic ro bi al c om m un it y di ff er en ti at io n in te rm s of c om m un it y co m po si ti on , 20 ov er co m in g th e ef fe ct o f st ro ng , s m al l-sc al e gr ad ie nt s in e da ph ic p ro pe rt ie s pr od uc ed b y 21 cr yo tu rb at io n an d pa tt er ne d gr ou nd d ev el op m en t. T he im po rt an ce o f pa re nt m at er ia l l ith ol og y 22 on c om po si tio n of m ic ro bi al c om m un iti es h as b ee n de sc ri be d in a v ar ie ty o f di ff er en t 23 ec os ys te m s, li ke s oi ls ( R ei th e t a l. 20 15 ), c on ti ne nt al c ry st al li ne c ru st ( N yy ss ön en e t a l. 20 14 ), 24 pr is ti ne a qu if er s (B oy d et a l. 20 07 ) an d ar ct ic s tr ea m s (L ar ou ch e et a l. 20 12 ). 25 (2 01 5) , a na ly si ng th e sa m e st ud y si te s, r ep or te d a si m il ar v eg et at io n di ve rs it y pa tt er n, w it h a 26 la ck o f di ff er en ti at io n be tw ee n ri m s an d ce nt re s, a nd a s tr on g se pa ra ti on o f pl an t c om m un iti es 27 de ve lo pe d on d if fe re nt m at ri xe s. T he re fo re , p ar en t m at er ia l l ith ol og y an d th e as so ci at ed s oi l 28 ch em ic al p ro pe rt ie s, p la nt c ol on iz at io n an d m ic ro bi al c om m un it y co m po si tio n se em to b e 29 st ri ct ly li nk ed . 30 Q ua nt it at iv e an al ys is , p er fo rm ed b y qP C R , p re se nt s a di ff er en t p ic tu re . I n fa ct , m i-31 cr ob ia l a bu nd an ce r es ul te d qu it e ho m og en eo us a m on g di ff er en t s it es . T he o nl y on e sh ow in g 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 21 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 72 28 29 30 31 32 33 34 53 36 37 38 39 40 41 24 43 44 45 46 47 48 49 05 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
13 si gn if ic an tl y lo w er a bu nd an ce s (i n te rm s of B ac te ri a, A rc ha ea , A O A m ar ke rs a nd D N A ) w as 1 G N s it e. T hi s is p ro ba bl y lin ke d to th e lo w er te m pe ra tu re s, a ss oc ia te d to h ig he st a lt it ud e, 2 w hi ch a ff ec ts 5) . 3 C on ve rs el y, s om e in te re st in g pa tte rn s ap pe ar b y co m pa ri ng s am pl es w it hi n si ng le 4 fe at ur es . I n pa rt ic ul ar , c on ce nt ri c tr en ds r ep or te d fo r ba ct er ia l, ar ch ae al a nd f un ga l m ar ke rs , a s 5 w el l a s fo r to ta l D N A c on ce nt ra tio n, o n si te s C S , G B a nd G N a re c oh er en t n ot o nl y w it h ve g-6 et at io n co ve r, bu t a ls o w it h th e sm al l-sc al e va ri at io n of c he m ic al p ro pe rt ie s, o rg an ic C a nd n u-7 tr ie nt c on te nt . F or in st an ce , T O C , N a nd e xc ha ng ea bl e ba se s de cr ea se d 8 fr om th e ri m s to th e ce nt re s, in p ar al le l w ith m ic ro bi al a bu nd an ce s, w hi le p H , p os si bl y al so 9 af fe ct in g m ic ro bi al a ct iv it y, s ho w ed a n op po si te tr en d. T hi s di st ri bu ti on h as a lr ea dy b ee n re -10 po rt ed f or A rc ti c pa tt er ne d gr ou nd s (G on zá le z et a l. 20 14 ; T im lin g et a l. 20 14 ), w he re h ig he r 11 le ve ls o f m ic ro bi al b io m as s w er e fo un d in v eg et at ed r im s if c om pa re d w it h pa tte rn ed g ro un d 12 fe at ur es . H ow ev er , o ne o f th e fo ur s it es d id n ot f ol lo w th is s ch em e. I n fa ct , a rc ha ea l, ba ct er ia l 13 an d to ta l D N A a bu nd an ce s sh ow ed a d if fe re nt tr en d in S P si te , i nc re as in g -o r re m ai ni ng 14 ne ar ly c on st an t, fo r ba ct er ia - fr om th e ri m s to w ar d th e ce nt re o f th e so rt ed s tr ip es , d es pi te a n 15 op po si te tr en d of p la nt c ov er a nd c on te nt s of o rg an ic C a nd n ut ri en ts . S P si te s tr on gl y di ff er s 16 fr om th e ot he rs f or th e hi gh e xc ha ng ea bl e N i c on ce nt ra tio n, w hi ch in cr ea se s fr om th e ce nt re 17 to w ar d th e ri m s. T he re fo re , i n th is c as e, it is p os si bl e th at N i t ox ic it y be co m es th e pr ev al en t 18 dr iv in g fa ct or in m ic ro bi al d is tr ib ut io n ac ro ss th e fe at ur es , o ve rw he lm in g th e ef fe ct o f ot he r 19 ch em ic al p ro pe rt ie s. A n in ve rs e co rr el at io n be tw ee n m ic ro bi al b io m as s an d re sp ir at io n an d N i 20 co nt en t h as b ee n ob se rv ed in s ub al pi ne f or es t s oi ls in th e sa m e ar ea b y D 'A m ic o et a l. (2 00 9) . 21 Fi na lly , e xp lo ri ng m or e in d et ai l t he r el at io ns hi ps e xi st in g be tw ee n m ic ro bi al a bu n-22 da nc es a nd s oi l c he m ic al p ar am et er s (T ab le 7 ), B ac te ri a sh ow ed th e hi gh es t n um be r of s ig ni fi -23 ca nt c or re la tio ns w ith d if fe re nt c he m ic al p ro pe rt ie s (v eg et at io n co ve r an d co nt en ts o f C a, M g, 24 K , T N a nd T O C a nd C /N ). O n th e ot he r ha nd , A rc ha ea a bu nd an ce s on ly c or re la te d w it h th e 25 so il C /N , b ut c or re la te d to a ll th e m ic ro bi al m ar ke rs e xc ep t f or b ac te ri al a m oA . S im ila r si tu a-26 tio ns h av e be en p re vi ou sl y re po rt ed f or a lp in e fo re st s oi ls ( S ile s an d M ar ge si n 20 16 ) an d fo r 27 tu nd ra s oi ls ( B la ud e t a l. 20 15 ), w ith b ac te ri al a bu nd an ce f ol lo w in g ch em ic al s oi l p ro pe rt ie s 28 tr en d, a nd a rc ha ea l a bu nd an ce in de pe nd en t f ro m th em . H ow ev er , i n th os e ca se s, a ll th e m ic ro -29 bi al m ar ke rs r es ul te d po si ti ve ly c or re la te d to e ac h ot he r, su gg es ti ng a n in di re ct a ct io n of e nv i-30 ro nm en ta l p ar am et er s on th e w ho le m ic ro bi al p op ul at io n. I n ou r ca se w e ca n hy po th es iz e th at , 31 14 de sp it e th e pr es en ce o f a ba ct er ia l p op ul at io n ap pa re nt ly m or e se ns it iv e to v ar ia tio ns in s ub -1 st ra te c om po si tio n, A rc ha ea s ee m s to r ep re se nt th e li nk a m on g th e di ff er en t m ic ro bi al d o-2 m ai ns , a nd s o th e re al k ey st on e of th e ec os ys te m . M or eo ve r, co ns id er in g th at T ha um ar ch ae ot a 3 se em to r ep re se nt a n im po rt an t p or tio n of a rc ha ea l c om m un it y in th is e co sy st em , t he lo w le ve l 4 of c or re la tio n w it h an y en vi ro nm en ta l p ar am et er b ut C /N , r ep or te d fo r bo th a rc ha ea l a nd A O A 5 m ar ke rs , c ou ld b e li nk ed to th e w id e ec op hy si ol og ic al p ot en ti al o f th is g ro up , i nc lu di ng n ot 6 on ly a ut ot ro ph y bu t a ls o m ix ot ro ph y an d he te ro tr op hy li fe st yl es ( Pe st er e t a l. 20 11 , P ro ss er 7 an d N ic ol 2 01 2) . C on ce rn in g fu ng al a bu nd an ce s, th e on ly c or re la tio n w ith s oi l p ro pe rt ie s w as 8 fo un d w ith C /N . N ev er th el es s, th e pr es en ce o f a un iq ue in tr a-fe at ur e di st ri bu tio n in g en e-9 ab un da nc e re pe at ed in a ll th e si te s su gg es ts th e pr es en ce o f ot he r fa ct or s, n ot c on si de re d he re 10 bu t s ui ta bl e fo r fu rt he r in ve st ig at io ns , d ri vi ng f un ga l d is tr ib ut io n, s uc h as o rg an ic m at te r co m -11 po si tio n an d qu al it y. 12 13
C
on
cl
us
io
ns
14 W ith th is w or k, w e ob ta in ed in fo rm at io n ab ou t t he o ve ra ll co m pl ex it y of th e co m m un it y an d 15 th e m or e re pr es en te d m ic ro bi al g ro up s, g iv in g a pr el im in ar y in si gh t i n a pr ev io us ly 16 un ex pl or ed e co sy st em li ke a lp in e P G . O ur r es ul ts s ee m to in di ca te th at A rc ha ea a nd , i n 17 pa rt ic ul ar , T ha um ar ch ae ot a se em to p la y a ke y ro le in e co sy st em c oo rd in at io n en d 18 fu nc ti on in g, s ug ge st in g th is d om ai n as a ta rg et f or f ur th er , m or e de ta il ed in ve st ig at io ns . 19 In te rm s of e co lo gi ca l d ri ve rs , i f m ic ro -t op og ra ph ic h et er og en ei ty p ro du ce d by 20 cr yo ge ni c pr oc es se s se em s to in fl ue nc e m ic ro bi al d is tr ib ut io n w ith in P G f ea tu re s in te rm s of 21 ab un da nc e, it h as n o cl ea r ef fe ct s on c om m un it y co m po si tio n. C on ve rs el y, li th ol og y m ig ht 22 st ro ng ly in fl ue nc e co m m un it y co m po si tio n bu t h as n ot e vi de nt e ff ec t o n ov er al l m ic ro bi al 23 ab un da nc e, w hi ch is p ro ba bl y m or e li nk ed to o th er v ar ia bl es , l ik e al tit ud e an d te m pe ra tu re 24 co nd iti on s. O nl y in th e se rp en ti ni te s am pl in g si te it is p os si bl e to h yp ot he si ze a n in di re ct 25 in fl ue nc e of li th ol og y on s m al l-sc al e m ic ro bi al a bu nd an ce d is tr ib ut io n: in f ac t, th e pr es en ce o f 26 a gr ad ie nt in h ea vy m et al s, p ro du ce d by c ry og en ic p ro ce ss es , a ff ec ts m ic ro bi al d is tr ib ut io n 27 de te rm in in g op po si te tr en ds w it h re sp ec t t o al l t he o th er p ar en t m at er ia ls . 28 In c on cl us io n, o ur r es ul ts o ff er a p ic tu re q ui te in a cc or da nc e w ith p re vi ou s st ud ie s fo cu se d on 29 A rc tic P G Fs , a dd in g lit ho lo gy to th e co m pl ex h ie ra rc hy o f co nt ro ls m od ul at in g th e ef fe ct o f 30 cr yo tu rb at io n on s oi l m ic ro bi al c om m un it ie s. 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 21 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 72 28 29 30 31 32 33 34 53 36 37 38 39 40 41 24 43 44 45 46 47 48 49 05 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 6515 Fu rt he r st ud ie s ar e ne ed ed in o rd er to a ss es s ho w th e in ve st ig at ed d ri ve rs im pa ct o n co m -1 m un it y di ve rs it y an d it s po te nt ia l m et ab ol ic a ct iv ity . M or eo ve r, an R N A -b as ed a na ly si s w ou ld 2 al lo w to c om pa re n ot o nl y sp at ia l, bu t a ls o se as on al o r da il y co m m un it y va ri at io ns , g iv in g 3 m or e in si gh ts o n th e re al e co sy st em f un ct io ni ng in r el at io n to te m pe ra tu re s va ri at io n an d ex -4 po si tio n to f re ez e-th aw a ct iv it y. 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 16
R
ef
er
en
ce
s
1 A lts ch ul S F, G is h W , M ill er W , M ye rs E W , L ip m an D J (1 99 0) B as ic L oc al A lig nm en t S ea rc h 2 To ol . J M ol B io l 2 15 :4 03 41 0 3 B aj er sk i F , W ag ne r D ( 20 13 ) B ac te ri al s uc ce ss io n in A nt ar ct ic s oi ls o f tw o gl ac ie r fo re fi el ds 4 on L ar se m an n H il ls , E as t A nt ar ct ic a. F E M S M ic ro bi ol E co l 8 5: 12 8 14 2. d oi : 5 10 .1 11 1/ 15 74 -6 94 1. 12 10 5 6 B al la nt yn e C K ( 20 13 ) Pa tt er ne d gr ou nd . I n: E lia s S A , M oc k C J (E ds ) T he E nc yc lo pe di a of 7 Q ua te rn ar y Sc ie nc e, 2 nd e dn . E ls ev ie r, A m st er da m . p p 45 2 46 3 8 B ar re tt JE , V ir gi ni a R A , W al l D H , P ea rs on s A N , P ow er s L E , B ur ki ns M B ( 20 04 ) V ar ia ti on in 9 bi og eo ch em is tr y an d so il b io di ve rs it y ac ro ss s pa ti al s ca le s in a p ol ar d es er t e co sy st em . 10 E co lo gy 8 5( 11 ): 31 05 31 18 11 B la ud A , P ho en ix G K , O sb or n A M ( 20 15 ) V ar ia ti on in b ac te ri al , a rc ha ea l a nd f un ga l c om m u-12 ni ty s tr uc tu re a nd a bu nd an ce in H ig h A rc ti c tu nd ra s oi l. P ol ar B io l 3 8: 10 09 10 24 . d oi : 13 10 .1 00 7/ s0 03 00 -0 15 -1 66 1-8 14 B oc kh ei m J G , M un ro e JS ( 20 14 ) O rg an ic c ar bo n po ol s an d ge ne si s of a lp in e so ils w ith p er -15 m af ro st : a r ev ie w . A rc t A nt ar ct A lp R es 4 6: 98 7 10 06 16 B oy d E S, C um m in gs D E , G ee se y G G ( 20 07 ) M in er al og y in fl ue nc es s tr uc tu re a nd d iv er si ty o f 17 ba ct er ia l c om m un iti es a ss oc ia te d w it h ge ol og ic al s ub st ra ta in a p ri st in e aq ui fe r. M ic ro b 18 E co l 5 4: 17 0 18 2. d oi : 1 0. 10 07 /s 00 24 8-00 6-91 87 -9 19 C oc ol in L , B is so n L F, M ill s D A ( 20 00 ) D ir ec t p ro fi lin g of th e ye as t d yn am ic s in w in e fe r-20 m en ta ti on s. F E M S M ic ro bi ol L et t 1 89 :8 1 87 . d oi : 1 0. 10 16 /S 03 78 -1 09 7( 00 )0 02 57 -3 21 22 (M on t A vi c N at ur al P ar k, N or th -w es te rn I ta ly ): s oi l p ro pe rt ie s an d th ei r re la ti on sh ip s 23 w ith s ub st ra te , v eg et at io n an d bi ol og ic al a ct iv it y. D is se rt at io n, U ni ve rs it à de gl i S tu di d i 24 M il an o B ic oc ca 25 -s ca le v ar ia bi li ty o f so il pr op er ti es a nd s oi l-26 ve ge ta tio n re la tio ns hi ps in p at te rn ed g ro un d on d if fe re nt li th ol og ie s (N W I ta lia n A lp s) . 27 C at en a 13 5: 47 58 . d oi : 1 0. 10 16 /j. ca te na .2 01 5. 07 .0 05 28 D el m on t T O , F ra nc io li D , J ac qu es so n S , L ao ud i S , M at hi eu A , N es m e J, C ec ch er in i M T, N an -29 ni pi er i P , S im on et P , V og el T M ( 20 14 ) M ic ro bi al c om m un it y de ve lo pm en t a nd u ns ee n 30 di ve rs it y re co ve ry in in oc ul at ed s te ri le s oi l. B io l F er til S oi ls 5 0: 10 69 10 76 . d oi : 31 10 .1 00 7/ s0 03 74 -0 14 -0 92 5-8 32 Fr an ci s C A , R ob er ts K J, B em an J M , S an to ro A E , O ak le y B B ( 20 05 ) U bi qu it y an d di ve rs it y of 33 am m on ia -o xi di zi ng a rc ha ea in w at er c ol um ns a nd s ed im en ts o f th e oc ea n. P ro c N at l 34 A ca d S ci U SA 1 02 :1 46 83 14 68 8. d oi : 1 0. 10 73 /p na s. 05 06 62 51 02 35 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 21 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 72 28 29 30 31 32 33 34 53 36 37 38 39 40 41 24 43 44 45 46 47 48 49 05 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 6517 Fr an k-Fa hl e B A , Y er ge au É , G re er C W , L an tu it H , W ag ne r D ( 20 14 ) M ic ro bi al f un ct io na l p o-1 te nt ia l a nd c om m un it y co m po si tio n in p er m af ro st -a ff ec te d so ils o f th e N W C an ad ia n 2 A rc tic . P L oS O N E 9 (1 ): e 84 76 1. d oi : 1 0. 13 71 /jo ur na l. po ne .0 08 47 61 3 G on zá le z G , R iv er a-F ig ue ro a FJ , G ou ld W A , C an tr el l S A , P ér ez -J im én ez J R ( 20 14 ) M ic ro or -4 ga ni sm s in s m al l p at te rn ed g ro un d fe at ur es a nd a dj ac en t v eg et at ed s oi ls a lo ng to po -5 gr ap hi c an d cl im at ic g ra di en ts in th e H ig h A rc tic , C an ad a. O pe n J So il S ci 4 :4 7 55 6 7 42 5. d oi : 1 0. 10 38 /n rm ic ro 32 62 8 L an e D J (1 99 1) 1 6S /2 3S r R N A s eq ue nc in g. I n: S ta ck eb ra nd t E , G oo df el lo w M ( E ds ) N uc le ic 9 ac id te ch ni qu es in b ac te ri al s ys te m at ic s. W ile y, N ew Y or k, p p 11 5 17 5 10 L ar ou ch e JR , B ow de n W B , G io rd an o R , F li nn M B , C ru m p B C ( 20 12 ) M ic ro bi al b io ge og ra -11 ph y of a rc tic s tr ea m s: e xp lo ri ng in fl ue nc es o f lit ho lo gy a nd h ab ita t. Fr on t M ic ro bi ol 3 :1 12 9. d oi : 1 0. 33 89 /f m ic b. 20 12 .0 03 09 13 L aw le y B , R ip le y S , B ri dg e P, C on ve y P (2 00 4) M ol ec ul ar a na ly si s of g eo gr ap hi c pa tte rn s of 14 eu ka ry ot ic d iv er si ty in A nt ar ct ic s oi ls . A pp l E nv ir on M ic ro bi ol 7 0: 59 63 59 72 . d oi : 15 10 .1 12 8/ A E M .7 0. 10 .5 96 3 16 M ar ge si n R , M it ev a V ( 20 11 ) D iv er si ty a nd e co lo gy o f ps yc hr op hi lic m ic ro or ga ni sm s. R es 17 M ic ro bi ol 1 62 :3 46 36 1. d oi : 1 0. 10 16 /j .r es m ic .2 01 0. 12 .0 04 18 M cT av is h H , F uc hs J A , H oo pe r A B ( 19 93 ) Se qu en ce o f th e ge ne c od in g fo r am m on ia 19 m on oo xy ge na se in N itr os om on as e ur op ae a. J B ac te ri ol 1 75 :2 43 6 24 44 20 M ic ha el so n G J, P in g C L , E ps te in H , K im bl e JM , W al ke r D A ( 20 08 ) So ils a nd f ro st b oi l e co -21 sy st em s ac ro ss th e N or th A m er ic an A rc ti c T ra ns ec t. J G eo ph ys R es 1 13 :G 03 S 11 . d oi : 22 10 .1 02 9/ 20 07 JG 00 06 72 23 M ic ha el so n G J, P in g C L , W al ke r D A ( 20 12 ) So il s as so ci at ed w it h bi ot ic a ct iv it y on f ro st b oi ls 24 in A rc tic A la sk a. S oi l S ci S oc A m J 7 6: 22 65 -2 27 7. d oi : 1 0. 21 36 /s ss aj 20 12 .0 06 4 25 M uy ze r G , W aa l E C , U it te rl in de n A G ( 19 93 ) Pr of il in g of c om pl ex m ic ro bi al p op ul at io ns b y 26 de na tu ri ng g ra di en t g el e le ct ro ph or es is a na ly si s of p ol ym er as e ch ai n re ac ti on -a m pl if ie d 27 ge ne s co di ng f or 1 6S r R N A . A pp l E nv ir on M ic ro bi ol 5 9: 69 5 70 0 28 M uy ze r G , T es ke A , W ir se n C O , J an na sc h H W ( 19 95 ) Ph yl og en et ic r el at io ns hi ps o f T hi om i-29 cr os pi ra s pe ci es a nd th ei r id en tif ic at io n in d ee p-se a hy dr ot he rm al v en t s am pl es b y de na -30 tu ri ng g ra di en t g el e le ct ro ph or es is o f 16 S r D N A f ra gm en ts . A rc h M ic ro bi ol 1 64 :1 65 17 2 31 N em er gu t D R , A nd er so n SP , C le ve la nd C C , M ar tin A P, M il le r A E , S ei m on A , S ch m id t S K 32 (2 00 6) M ic ro bi al c om m un it y su cc es si on in a n un ve ge ta te d, r ec en tl y de gl ac ia te d so il . M i-33 cr ob E co l 5 3: 11 0 12 2. d oi : 1 0. 10 07 /s 00 24 8-00 6-91 44 -7 34 18 N em er gu t D R , C os te ll o E K , M ey er A F, P es ca do r M Y ( 20 05 ) St ru ct ur e an d fu nc tio n of a lp in e 1 an d ar ct ic s oi l m ic ro bi al c om m un it ie s. R es M ic ro bi ol 1 56 :7 75 78 4. d oi : 2 10 .1 01 6/ j.r es m ic .2 00 5. 03 .0 04 3 N ic ol G V , G lo ve r L A , P ro ss er J I (2 00 3) T he im pa ct o f gr as sl an d m an ag em en t o n ar ch ae al 4 co m m un it y st ru ct ur e in u pl an d pa st ur e rh iz os ph er e so il. E nv ir on M ic ro bi ol 5 (3 ): 15 2 16 2 5 N yy ss ön en M , H ul tm an J , A ho ne n L , K uk ko ne n I, P au lin L , L ai ne P , I tä va ar a M , A uv in en P 6 (2 01 4) T ax on om ic al ly a nd f un ct io na ll y di ve rs e m ic ro bi al c om m un iti es in d ee p cr ys ta l-7 lin e ro ck s of th e Fe nn os ca nd ia n sh ie ld . I S M E J 8 :1 26 13 8. d oi : 1 0. 10 38 /i sm ej .2 01 3. 12 5 8 E ds ) T he 9 fu ng al h ol om or ph : m it ot ic , m ei ot ic a nd p le om or ph ic s pe ci at io n in f un ga l s ys te m at ic s. 10 C A B I nt er na tio na l, W al lin gf or d, U K , p p 22 5 23 3 11 O ks an en J , G ui ll au m e B la nc he t F , K in dt R , L eg en dr e P, M in ch in P R , O 'H ar a R B , S im ps on 12 G K , S ol ym os M P, S te ve ns H H , W ag ne r H ( 20 13 ) V eg an : c om m un it y ec ol og y pa ck ag e. R 13 pa ck ag e ve rs io n 2. 0-8. h tt p: //C R A N .R -p ro je ct .o rg /p ac ka ge =v eg an . 14 O lli vi er J , Y an g S, D ör fe r C , W el zl G , K üh n P, S ch ol te n T, W ag ne r D , S ch lo te r M ( 20 14 ) B ac -15 te ri al c om m un it y st ru ct ur e in s oi ls o f th e T ib et an P la te au a ff ec te d by d is co nt in uo us p er -16 m af ro st o r se as on al f re ez in g. B io l F er til S oi ls 5 0: 55 5 55 9. d oi : 1 0. 10 07 /s 00 37 4-01 3-17 08 69 -4 18 -P C R 19 pr im er s fa ci lit at e co m pl et e se qu en ci ng o f D G G E D N A f ra gm en ts . J M ic ro bi ol M et ho ds 20 75 :5 79 58 1. d oi : 1 0. 10 16 /j .m im et .2 00 8. 08 .0 06 21 Ø vr eå s L , F or ne y L , D aa e F L , T or sv ik V ( 19 97 ) D is tr ib ut io n of b ac te ri op la nk to n in m er om ic -22 tic la ke S æ le nv an ne t, as d et er em in ed b y de na tu ri ng g ra di en t g el e le ct ro ph or es is o f P C R -23 am pl if ie d ge ne f ra gm en ts c od in g fo r 16 S r R N A . A pp l E nv ir on M ic ro bi ol 6 3: 33 67 33 73 . 24 do i: 00 99 -2 24 0/ 97 /$ 04 .0 01 0 25 Pe st er M , S ch le pe r C , W ag ne r M ( 20 11 ) T he T ha um ar ch ae ot a: a n em er gi ng v ie w o f th ei r ph y-26 lo ge ny a nd e co ph ys io lo gy . C ur r O pi n M ic ro bi ol 1 4: 30 0 30 6. d oi : 27 10 .1 01 6/ j.m ib .2 01 1. 04 .0 07 28 Pi et ra m el la ra G , A sc he r J, B or go gn i F , C ec ch er in i M T, G ue rr i G , N an ni pi er i P ( 20 09 ) 29 E xt ra ce ll ul ar D N A in s oi l a nd s ed im en t: fa te a nd e co lo gi ca l r el ev an ce . B io l F er til S oi ls 30 45 :2 19 23 5. d oi : 1 0. 10 07 /s 00 37 4-00 8-03 45 -8 31 Pr os se r JI , N ic ol G W ( 20 12 ) A rc ha ea l a nd b ac te ri al a m m on ia -o xi di se rs in s oi l: th e qu es t f or 32 ni ch e sp ec ia lis at io n an d di ff er en ti at io n. T re nd s M ic ro bi ol 2 0: 52 3 53 1. d oi : 33 10 .1 01 6/ j.t im .2 01 2. 08 .0 01 34 Q in H , Y ua n H , Z ha ng H , Z hu Y , Y in C , T an Z , W u J, W ei W ( 20 13 ) A m m on ia -o xi di zi ng a r-35 ch ae a ar e m or e im po rt an t t ha n am m on ia --N 36 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 21 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 72 28 29 30 31 32 33 34 53 36 37 38 39 40 41 24 43 44 45 46 47 48 49 05 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
