Abundance and diversity of nitrate assimilating bacteria in the deep waters of the Atlantic Ocean

• Main Author: Steiner, Paul
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: (:none) 2013
• Subjects: Arctic; Atlantik; Mengen; Arktis*; North Atlantic
• Online Access: https://dx.doi.org/10.25365/thesis.25547; https://othes.univie.ac.at/25547/

Heterotrophic Bacteria in the deep ocean are generally limited by the availability of organic matter. The recalcitrant nature of the organic nitrogen and phosphorus pool in the deep ocean contrasts the high concentrations of potentially available nitrate and phosphate. To determine the potential of deep-water Bacteria to take up nitrate, water samples were taken from the epipelagic to the lower bathypelagic and abyssopelagic waters of the Atlantic at 51 stations along a latitudinal transect from the Arctic to the Subantarctic oceanographic province. The abundance of nitrate assimilating Bacteria was quantified by q-PCR of the nasA gene (encoding the assimilatory nitrate reductase). A higher fraction of putatively nitrate assimilating Bacteria was found in the lower bathypelagic waters of the Subantarctic (51%) and the North Atlantic Drift (20%) province and in lower mesopelagic waters of the South Atlantic province (20%) than in the epipelagic waters and the Arctic region (0 – 3%). To phylogenetically characterize the nitrate assimilating bacterial community, nested PCR was used to amplify, clone and sequence the nasA gene. The nasA gene harboring bacterial community consisted mainly of Gammaproteobacteria and Bacteroidetes, although differences in the composition of the nasA-containing community were observed among oceanic provinces and depth layers. The composition of the nasA-containing communities of the Arctic province was similar throughout the water column and significantly different from the nasA-containing communities of the other oceanic provinces. The deep-water nasA-containing communities of the North Atlantic Drift, the North Atlantic Gyre, the Western Tropical Atlantic and the South Atlantic province were all similar to each other. Overall, higher fractions of putatively nitrate assimilating Bacteria were found in regions where the bioavailability of organic nitrogen is presumably limited such as in the deep waters of the subtropical regions and the mesopelagic (sub)tropical waters. Hence, at least a certain fraction of the heterotrophic Bacteria in the deep ocean has the potential to compensate organic nitrogen limitation by utilizing the readily available nitrate. The printed version includes multimediadata. : Es wird angenommen dass heterotrophe Bakterien der Tiefsee durch die Verfügbarkeit von organischem Material limitiert sind. Das Vorkommen von Abbau-resistentem organischem Stickstoff und Phosphor der Tiefsee steht im Gegensatz zu potentiell verfügbarem Nitrat und Phosphat, die in großen Mengen vorhanden sind. Um die potentielle Aufnahme von Nitrat durch Bakterien in der Tiefsee zu bestimmen, wurden Wasserproben von Oberflächengewässern bis zum Bathy- und Abyssopelagial an 51 Stationen eines latitudinalen Transekts von der arktischen bis zur subantarktischen ozeanographischen Provinz des Atlantik genommen. Die Abundanz von Nitrat-assimilierenden Bakterien wurde über das nasA Gen (welches die assimilatorische Nitrat-Reduktase kodiert) und quantitativer PCR gemessen. Eine größere Fraktion mutmaßlich Nitrat-assimilierender Bakterien wurde in tieferen Regionen des Bathypelagial der Subantarktis (51%) und der nordatlantischen Drift Provinz (20%) und im tiefen Mesopelagial der südatlantischen Provinz (20%) als im Epipelagial und der arktischen Region (0 – 3%) gefunden. Um die Nitrat-assimilierende Bakteriengemeinschaft phylogenetisch zu charakterisieren, wurde eine „nested“ PCR verwendet, um das nasA Gen zu amplifizieren, klonieren und zu sequenzieren. Die Bakteriengemeinschaft, die das nasA Gen besitzt, bestand hauptsächlich aus Gammaproteobakterien und Bacteroidetes, obwohl Unterschiede in der Zusammensetzung der nasA-beinhaltenden Gemeinschaft zwischen einzelnen ozeanischen Provinzen und Tiefenschichten festgestellt wurden. Die nasA-beinhaltenden Gemeinschaften der arktischen Provinz waren in allen Tiefenschichten ähnlich und signifikant unterschiedlich von den nasA-beinhaltenden Gemeinschaften anderer ozeanographischen Provinzen. Die nasA-beinhaltenden Gemeinschaften der Tiefengewässer der nordatlantischen Drift, der nordatlantischen Gyre, der westlichen-tropischen atlantischen und der südlichen atlantischen Provinz waren alle ähnlich zueinander. Allgemein wurden größere Fraktionen mutmaßlich Nitrat-assimilierender Bakterien in Regionen mit organischer Stickstofflimitierung, wie den Tiefengewässern der subtropischen Regionen und der mesopelagischen (sub)tropischen Gewässer, gefunden. Demzufolge hat zumindest ein Teil der heterotrophen Bakterien der Tiefsee das Potential, Limitierung durch organischen Stickstoff durch Aufnahme von frei verfügbarem Nitrat zu kompensieren. Die Druckausgabe enthält Multimediabeilagen.