Вириопланктон и вирусная инфекция бактерий северо-восточной части Карского моря в районе архипелага Северная Земля (Арктика)
##plugins.themes.ibsscustom.article.main##
Google Scholar
##plugins.themes.ibsscustom.article.details##
Аннотация
Первые исследования структуры вириопланктона и вирус-индуцированной смертности бактерий в северо-восточной части Карского моря проводили в рейсе НИС «Профессор Молчанов» в рамках программы «Открытый океан: архипелаги Арктики — 2019». Материал получен 22–31 августа 2019 г. в районе архипелага Северная Земля, на участке среднего шельфа между островом Визе и островом Ушакова и на разрезе от внешнего шельфа до континентального склона. В исследованных водах численность бактерий (NB) варьировала от 0,24 · 105 до 5,15 · 105 кл.·мл−1, численность свободных вирусов (NVF) — от 15,41 · 105 до 64,72 · 105 вирусов·мл−1. Отношение NVF/NB изменялось от 6,9 до 89,7; в среднем значение составляло 14,6 ± 6,2 в прибрежных водах архипелага Северная Земля и 56,9 ± 23,3 в открытых водах шельфа и континентального склона. Между NVF и NB наблюдалась сильная корреляция (R = 0,72, n = 23, p < 0,05). Во всех акваториях в составе свободных вирусов преобладали вирусы без хвоста. В прилегающих к архипелагу Северная Земля водах средний диаметр капсидов вирусов [(42 ± 5) нм] меньше такового в открытых водах [(50 ± 5) нм]. В составе вириопланктона, кроме свободных вирусов, присутствовали вирусы, прикреплённые к бактериальным клеткам и к мельчайшим частицам взвеси. Во всех пробах преобладали свободные вирусы, но в прибрежных водах их доля в общей численности вириопланктона [(86,4 ± 9,3) %] была ниже, чем в открытых водах [(94,3 ± 5,0) %]. Частота видимых инфицированных вирусами клеток бактерий (FVIC), то есть доля в общей численности бактериальных клеток, содержащих внутри зрелые фаги, изменялась от 0,8 до 3,9 % NB, составляя в среднем для всех проб (1,6 ± 0,7) % NB. Сильная корреляция FVIC обнаружена с величиной бактериальной продукции (R = 0,69, n = 23, p < 0,05). Смертность бактерий в результате вирусного лизиса колебалась в пределах 6,1–39,2 % продукции бактерий, составляя в среднем для исследованного участка Карского моря (13,8 ± 7,9) %. Показано, что вирусы в прибрежных и открытых водах северо-восточной части Карского моря осенью являются важным компонентом планктонного микробного сообщества и вирусный лизис существенно влияет на смертность планктонных бактерий.
Авторы
Библиографические ссылки
Болтенкова М. А., Широколобова Т. И., Макаревич П. Р., Романова Н. Д. Сообщества планктонных бактерий и вирусов Обской губы и прилегающего шельфа Карского моря // Наука Юга России. 2018. Т. 14, № 3. С. 78–87. [Boltenkova M. A., Shirokolobova T. I., Makarevich P. R., Romanova N. D. Communities of plankton bacteria and viruses of the Ob Bay and adjacent shelf of the Kara Sea. Nauka Yuga Rossii, 2018, vol. 14, no. 3, pp. 78–87. (in Russ.)]. https://doi.org/10.7868/s25000640180309
Arrieta J. M., Mayol E., Hansman R. L., Herndl G. J., Ditmar T., Duarte C. M. Dilution limits dissolved organic carbon utilization in the deep ocean. Science, 2015, vol. 348, iss. 6232, pp. 331–333. https://doi.org/10.1126/science.1258955
Auguet J. C., Montanie H., Lebaron P. Structure of virioplankton in the Charente estuary (France): Transmission electron microscopy versus pulsed field gel electrophoresis. Microbial Ecology, 2006, vol. 51, iss. 2, pp. 197–208. https://doi.org/10.1007/s00248-005-0043-0
Binder B. Reconsidering the relationship between virally induced bacterial mortality and frequency of infected cells. Aquatic Microbial Ecology, 1999, vol. 18, pp. 207–215. https://doi.org/10.3354/ame018207
Boras J. A., Sala M. M., Arrieta J. M., Sà E. L., Felipe J., Agustí S., Duarte C. M., Vaqué D. Effect of ice melting on bacterial carbon fluxes channelled by viruses and protists in the Arctic Ocean. Polar Biology, 2010, vol. 33, iss. 12, pp. 1695–1707. https://doi.org/10.1007/s00300-010-0798-8
Brum J. R., Schenck R. O., Sullivan M. B. Global morphological analysis of marine viruses shows minimal regional variation and dominance of non-tailed viruses. The ISME Journal, 2013, vol. 7, iss. 9, pp. 1738–1751. https://doi.org/10.1038/ismej.2013.67
Collins R. E., Deming J. W. Abundant dissolved genetic material in Arctic sea ice. Part II: Viral dynamics during autumn freeze-up. Polar Biology, 2011, vol. 34, iss. 12, pp. 1831–1841. https://doi.org/10.1007/s00300-011-1008-z
De Corte D., Martinez J. M., Cretoiu M. S., Takaki Y., Nunoura T., Sintes E., Herndl G. J., Yokokawa T. Viral communities in the global deep ocean conveyor belt assessed by targeted viromics. Frontiers in Microbiology, 2019, vol. 10, art. 1801 (14 p.). https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01801
Fischer U. R., Velimirov B. High control of bacterial production by viruses in a eutrophic oxbow lake. Aquatic Microbial Ecology, 2002, vol. 27, pp. 1–12. https://doi.org/10.3354/ame027001
Gasol J. M., Zweifel U. L., Peters F., Fuhrman J. A., Hagström Å. Significance of size and nucleic acid content heterogeneity as measured by flow cytometry in natural planktonic bacteria. Applied and Environmental Microbiology, 1999, vol. 65, no. 10, pp. 4475–4483. https://doi.org/10.1128/aem.65.10.4475-4483.1999
Hanson A. M., Berges J. A., Yong E. B. Virus morphological diversity and relationship to bacteria and chlorophyll across a freshwater trophic gradient in the Lake Michigan watershed. Hydrobiologia, 2017, vol. 794, iss. 1, pp. 93–108. https://doi.org/10.1007/s10750-016-3084-0
Hodges L. R., Bano N., Hollibaugh J. T., Yager P. L. Illustrating the importance of particulate organic matter to pelagic microbial abundance and community structure – an Arctic case study. Aquatic Microbial Ecology, 2005, vol. 40, pp. 217–227. https://doi.org/10.3354/ame040217
Kamiya E., Izumiyama S., Nishimura M., Mitchell J. G., Kogure K. Effects of fixation and storage on flow cytometric analysis of marine bacteria. Journal of Oceanography, 2007, vol. 63, iss. 1, pp. 101–112. https://doi.org/10.1007/s10872-007-0008-7
Kopylov A. I., Kosolapov D. B., Zabotkina E. A., Boyarskii P. V., Shumilkin V. N., Kuznetsov N. A. Planktonic viruses, heterotrophic bacteria, and nanoflagellates in fresh and coastal marine waters of the Kara Sea Basin (the Arctic). Inland Water Biology, 2012, vol. 5, iss. 3, pp. 241–249. https://doi.org/10.1134/s1995082912030054
Kopylov A. I., Sazhin A. F., Zabotkina E. A., Romanenko A. V., Romanova N. D. Virio- and bacterioplankton in the estuary zone of the Ob River and adjacent regions of the Kara Sea shelf. Oceanology, 2017, vol. 57, iss. 1, pp. 105–113. https://doi.org/10.1134/s0001437017010052
Kopylov A. I., Sazhin A. F., Zabotkina E. A., Romanenko A. V., Romanova N. D., Boltenkova M. A. Virioplankton of the Kara Sea and the Yenisei River estuary in early spring. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2019, vol. 217, pp. 37–44. https://doi.org//10.1016/j.ecss.2018.10.015
Kopylov A. I., Sazhin A. F., Zabotkina E. A., Romanova N. D. Virioplankton in the Kara Sea: The impact of viruses on mortality of heterotrophic bacteria. Oceanology, 2015, vol. 55, iss. 4, pp. 561–572. https://doi.org/10.1134/s0001437015040104
Kopylov A. I., Zabotkina E. A., Sazhin A. F., Romanova N., Belyaev N., Drozdova A. Virioplankton and virus-induced mortality of prokaryotes in the Kara Sea (Arctic) in summer. PeerJ, 2023, vol. 11, art. e154577 (26 p.). https://doi.org/10.7717/peerj.15457
Lara E., Arrieta J. M., Garcia-Zarandona I., Boras J. A., Duarte C. M., Agustí S., Wassmann P. F., Vaque D. Experimental evaluation of the warming effect on viral, bacterial and protistan communities in two contrasting Arctic system. Aquatic Microbial Ecology, 2013, vol. 70, pp. 17–32. https://doi.org/10.3354/ame01636
Maranger R., Bird D. F. Viral abundance in aquatic systems: A comparison between marine and fresh waters. Marine Ecology Progress Series, 1995, vol. 121, pp. 217–226. https://doi.org/10.3354/meps121217
Maranger R., Vaqué D., Nguyen D., Hébert M.-P., Lara E. Pan-Arctic patterns of planktonic heterotrophic microbial abundance and processes: Controlling factors and potential impacts of warming. Progress in Oceanography, 2015, vol. 139, pp. 221–232. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2015.07.006
Middelboe M., Nielsen T. G., Bjørnsen P. K. Viral and bacterial production in the North Water: in situ measurements, batch-culture experiments and characterization and distribution of a virus–host system. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 2002, vol. 49, iss. 22–23, pp. 5063–5079. https://doi.org/10.1016/s0967-0645(02)00178-9
Murray A. G., Jackson G. A. Viral dynamics: A model of the effects of size, shape, motion and abundance of single-celled planktonic organisms and other particles. Marine Ecology Progress Series, 1992, vol. 89, pp. 103–116. https://doi.org/10.3354/meps089103
Newell S. Y., Christian R. R. Frequency of dividing cells as an estimator of bacterial productivity. Applied and Environmental Microbiology, 1981, vol. 42, no. 1, pp. 23–31. https://doi.org/10.1128/aem.42.1.23-31.1981
Norland S. The relationship between biomass and volume of bacteria. In: Handbook of Methods in Aquatic Microbial Ecology / P. F. Kemp, J. J. Cole, B. F. Sherr, E. B. Sherr (Eds). Boca Raton : CRC Press, 1993, pp. 303–308. https://doi.org/10.1201/9780203752746-36
Parada V., Sintes E., van Aken H. M., Herndl G. J. Viral abundance, decay, and diversity in the meso- and bathypelagic waters of the North Atlantic. Applied and Environmental Microbiology, 2007, vol. 73, no. 14, pp. 4429–4438. https://doi.org./10.1128/aem.00029-07
Payet J. P., Suttle C. A. Physical and biological correlates of virus dynamics in the southern Beaufort Sea and Amundsen Gulf. Journal of Marine Systems, 2008, vol. 74, iss. 3–4, pp. 933–945. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2007.11.002
Porter K. G., Feig Y. S. The use of DAPI for identifying and counting aquatic microflora. Limnology and Oceanography, 1980, vol. 25, iss. 5, pp. 943–948. https://doi.org/10.4319/lo.1980.25.5.0943
Steward G. F., Fandino L. B., Hollibaugh J. T., Whitledge T. E., Azam F. Microbial biomass and viral infections of heterotrophic prokaryotes in the sub-surface layer of the central Arctic Ocean. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 2007, vol. 54, iss. 10, pp. 1744–1757. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2007.04.019
Steward G. F., Smith D. C., Azam F. Abundance and production of bacteria and viruses in the Bering and Chukchi seas. Marine Ecology Progress Series, 1996, vol. 131, pp. 287–300. https://doi.org/10.3354/meps131287
Suttle C. A. Enumeration and isolation of viruses. In: Handbook of Methods in Aquatic Microbial Ecology / P. F. Kemp, J. J. Cole, B. F. Sherr, E. B. Sherr (Eds). Boca Raton : CRC Press, 1993, pp. 121–134. https://doi.org/10.1201/9780203752746-16
Van Etten J. L., Lane L. C., Meints R. H. Viruses and viruslike particles of eukaryotic algae. Microbiological Reviews, 1991, vol. 55, no. 4, pp. 586–620. https://doi.org/10.1128/mmbr.55.4.586-620.1991
Venger M. P., Kopylov A. I., Zabotkina E. A., Makarevich P. R. The influence of viruses on bacterioplankton of the offshore and coastal parts of the Barents Sea. Russian Journal of Marine Biology, 2016, vol. 42, iss. 1, pp. 26–35. https://doi.org/10.1134/s106307401601017x
Weinbauer M. G. Ecology of prokaryotic viruses. FEMS Microbiology Reviews, 2004, vol. 28, iss. 2, pp. 127–181. https://doi.org/10.1016/j.femsre.2003.08.001
Weitz J. S., Wilhelm S. W. Ocean viruses and their effects on microbial communities and biogeochemical cycles. F1000 Biology Reports, 2012, vol. 4, art. 17 (8 p.). https://doi.org/10.3410/b4-17
Wells L. E., Deming J. W. Characterization of a cold-active bacteriophage on two psychrophilic marine hosts. Aquatic Microbial Ecology, 2006a, vol. 45, pp. 15–29. https://doi.org/10.3354/ame045015
Wells L. E., Deming J. W. Significance of bacterivory and viral lysis in bottom waters of Franklin Bay, Canadian Arctic, during winter. Aquatic Microbial Ecology, 2006b, vol. 43, pp. 209–221. https://doi.org/10.3354/ame043209
Wilhelm S. W., Weinbauer M. G., Suttle C. A., Jeffrey W. H. The role of sunlight in the removal and repair of viruses in the sea. Limnology and Oceanography, 1998, vol. 43, iss. 4, pp. 586–592. https://doi.org/10.4319/lo.1998.43.4.0586
Wommack K. E., Colvell R. R. Virioplankton: Viruses in aquatic ecosystems. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2000, vol. 64, no. 1, pp. 69–114. https://doi.org/10.1128/mmbr.64.1.69-114.2000
