Effect of quality and complexity of phytoplanktonic dissolved organic matter on the diversity and activity of bacterial communities

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Bacteria are the world’s most abundant organisms and the foremost drivers of carbon and nutrient cycles in aquatic environments. Changes in the metabolic activity and composition of heterotrophic bacterial communities in response to interactions with dissolved organic matter (DOM) can potentially alter global biogeochemical cycles. In a context of global environmental changes, effects of the quantity and quality of DOM on the composition and activity of bacterial communities were investigated in experimental microcosms. Although such experiments allow a less descriptive analysis of these communities, they have limitations. Initial experimental communities need to be the same, limiting the number of manipulations that can be performed. Furthermore, microcosm cultivation usually results in drastic compositional changes in the communities. Thus, we also evaluated a cryopreservation method for whole natural communities which allows experiments with a unique initial community to be performed separately, as well as the effects of varying DOMs to keep the diversity of the cryopreserved communities. The results showed that both DOM quantity and quality were related to changes in the communities, with quality exerting an early response effect driven by competition and the intensity and duration of the effect modulated by quantity. Moreover, diversity and community composition of the bacterial communities were generally maintained after cryopreservation, although part of the diversity was lost, something more evident for communities from more stable and oligotrophic environments. In a global warming context, increase in the temperature oceans and freshwater bodies are expected, which could cause changes in the quantity and quality of the available DOM within these environments. This outcome could alter composition and metabolism of heterotrophic bacterial communities, causing not fully understood impacts on the carbon and nutrients global cycles. Bactérias são os organismos mais abundantes e a principal força motriz para o ciclo de carbono e de nutrientes em ambientes aquáticos. Variações na atividade metabólica e composição das comunidades bacterianas heterotróficas que resultam das interações com matéria orgânica dissolvida (MOD) têm capacidade de alterar ciclos biogeoquímicos globais. Considerando um contexto de mudanças ambientais globais, o efeito da quantidade e qualidade da MOD na composição e atividade das comunidades bacterianas foi avaliado em experimentos em microcosmos. Embora permitam ir além de uma análise puramente descritiva das comunidades microbianas e realizar manipulações, experimentos em meso e microcosmos têm limitações. Estes experimentos necessitam iniciar com a mesma comunidade, o que limita o número de manipulações concomitantes possíveis. Além disso, cultivos em microcosmo normalmente resultam em mudanças drásticas na composição das comunidades. Assim, um método de criopreservação de comunidades bacterianas naturais completas, que permita a estocagem e utilização em diferentes tempos de uma mesma comunidade inicial, foi avaliado, bem como o efeito de diferentes MODs sobre a manutenção da diversidade nessas comunidades cultivadas após criopreservação. Os resultados mostraram que tanto quantidade quanto qualidade de MOD correlacionaram-se com mudanças na comunidade bacteriana, mas a qualidade exerceu um efeito rápido por competição, com sua intensidade e duração moduladas pela quantidade. No geral, também foi possível manter a diversidade e composição de comunidades bacterianas naturais após criopreservação, embora uma fração da diversidade seja perdida, especialmente em comunidades oriundas de ambientes mais estáveis e oligotróficos. Isto é problemático pois se espera que em um contexto de aquecimento global a temperatura dos oceanos e corpos d’água doce aumentem, algo que poderia levar a mudanças na quantidade e qualidade da MOD destes ambientes. Isto potencialmente alteraria a composição e metabolismo das comunidades bacterianas heterotróficas, causando impactos nos ciclos globais do carbono e nutrientes que ainda não são completamente compreendidos. CAPES: código de financiamento - 001