Bacterioplankton community variation in Bohai Bay (China) is explained by joint effects of environmental and spatial factors.

Die Variation der Bakterioplanktongemeinschaft in der Bohai-Bucht (China) wird durch die gemeinsamen Effekte von Umwelt- und Raumfaktoren erklärt.

La variation de la communauté de bactérioplancton dans la baie de Bohai (Chine) s'explique par les effets conjoints de facteurs environnementaux et spatiaux.

Bohai Körfezi'ndeki (Çin) bakteriyoplankton komünite varyasyonu, çevresel ve mekânsal faktörlerin ortak etkileriyle açıklanmaktadır.

中国渤海湾浮游细菌群落变异可由环境因子与空间因子的共同作用来解释。

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2020
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Abstract
Parsing the relative importance of environmental (recent disturbances) and spatial factors (historical processes) in determining community structure is a core issue in ecology. The Bohai Bay is a typical semi-enclosed bay located in the north of China, surrounding by the metropolitan area with anthropogenic disturbances made it a complex marine coastal system with pollution gradients, where the distributions and determinants of bacterioplankton communities remain unclear. In this study, we collected surface water samples from 19 sites across Bohai Bay at about 100 km scale to investigate the relative roles of local environments and regional spatial factors in shaping bacterioplankton community composition (BCC). The environmental parameters in the sampling region showed gradient change according to the geographic variation. Several abundant OTUs were significantly correlated with the pollution parameters in the studied area, and 16 OTUs of them showed distinct distribution pattern in different polluted regions with obvious geographic segmentation, which indicated the effects of pollution gradient and dispersal limitation on specific taxon. The BCCs did not show obviously clustering effect between different polluted regions, which indicated the complexity for explaining the BCC variation in the studied region. The partial Mantel test revealed stronger spatial effects on beta diversity than those of local environmental factors, which indicated that dispersal limitation accounted more for the beta diversity than environmental heterogeneity. Furthermore, variation partitioning analysis (VPA) conducted by combining the environmental variables, linear trends, and principal coordinates of the variables from neighbor matrices (PCNM) showed that it was the joint effects of environmental and spatial factors contributed to the explained variation of BCC in the studied area. Considering the special human geography characteristics of Bohai Bay, the unmeasured biotic/abiotic factors, stochastic factors, and anthropogenic disturbances may be responsible for the unexplained variation of the BCC.
Die Differenzierung der relativen Bedeutung von Umweltfaktoren (rezente Störungen) und räumlichen Faktoren (historische Prozesse) für die Ausprägung von Gemeinschaftsstrukturen ist eine zentrale Fragestellung der Ökologie. Die Bohai-Bucht ist eine typische halbumschlossene Bucht im Norden Chinas; umgeben von einer Metropolregion mit anthropogenen Störungen stellt sie ein komplexes marines Küstensystem mit Verschmutzungsgradienten dar, in dem die Verteilungsmuster und Determinanten von Bakterioplankton-Gemeinschaften bislang unklar sind. In dieser Studie wurden Oberflächenwasserproben an 19 Standorten in der gesamten Bohai-Bucht auf einer Skala von etwa 100 km entnommen, um den relativen Einfluss lokaler Umweltbedingungen und regionaler räumlicher Faktoren auf die Zusammensetzung der Bakterioplankton-Gemeinschaft (BCC) zu untersuchen. Die Umweltparameter im Beprobungsgebiet wiesen graduelle Veränderungen entlang des geografischen Gradienten auf. Mehrere abundante OTUs korrelierten signifikant mit den Verschmutzungsparametern im Untersuchungsgebiet, und 16 dieser OTUs zeigten ausgeprägte Verteilungsmuster in unterschiedlich stark belasteten Regionen mit deutlicher geografischer Segmentierung, was auf den Einfluss des Verschmutzungsgradienten sowie einer Ausbreitungsbegrenzung auf spezifische Taxa hinweist. Die BCCs zeigten keine offensichtliche Clusterbildung zwischen den verschiedenen belasteten Regionen, was die Komplexität bei der Erklärung der BCC-Variation im Untersuchungsgebiet verdeutlicht. Der partielle Mantel-Test offenbarte stärkere räumliche Einflüsse auf die Beta-Diversität im Vergleich zu lokalen Umweltfaktoren, was darauf hindeutet, dass Ausbreitungsbegrenzungen einen größeren Beitrag zur Beta-Diversität leisteten als die Umweltheterogenität. Darüber hinaus zeigte eine Varianzpartitionierungsanalyse (VPA), die unter Kombination von Umweltvariablen, linearen Trends und Hauptkoordinaten von Nachbarschaftsmatrizen (PCNM) durchgeführt wurde, dass das Zusammenwirken von Umwelt- und Raumfaktoren die erklärte Variation der BCC im Untersuchungsgebiet bedingte. In Anbetracht der spezifischen humangeografischen Charakteristika der Bohai-Bucht könnten ungemessene biotische/abiotische Faktoren, stochastische Faktoren sowie anthropogene Störungen für die ungeklärte Variation der BCC verantwortlich sein.
Élucider l'importance relative des facteurs environnementaux (perturbations récentes) et des facteurs spatiaux (processus historiques) dans la détermination de la structure des communautés constitue un enjeu fondamental en écologie. La baie de Bohai est une baie semi-fermée typique située dans le nord de la Chine ; entourée d'une zone métropolitaine sujette à des perturbations anthropiques, elle représente un système marin côtier complexe caractérisé par des gradients de pollution, au sein duquel la distribution et les déterminants des communautés bactérioplanctoniques demeurent mal compris. Dans cette étude, nous avons prélevé des échantillons d'eau de surface sur 19 sites à travers la baie de Bohai, à une échelle d'environ 100 km, afin d'examiner les rôles relatifs de l'environnement local et des facteurs spatiaux régionaux dans le façonnement de la composition des communautés bactérioplanctoniques (CCB). Les paramètres environnementaux de la zone d'échantillonnage ont révélé une évolution en gradient corrélée aux variations géographiques. Plusieurs OTU abondantes étaient significativement corrélées aux paramètres de pollution dans la zone d'étude, et 16 d'entre elles présentaient des patrons de distribution distincts selon les différents secteurs pollués avec une nette segmentation géographique, ce qui témoigne des effets du gradient de pollution et de la limitation de dispersion sur des taxons spécifiques. Les CCB n'ont pas montré de regroupement évident entre les différentes zones polluées, soulignant ainsi la complexité de l'explication de leur variation dans la région étudiée. Le test partiel de Mantel a révélé des effets spatiaux plus marqués sur la diversité bêta que ceux des facteurs environnementaux locaux, indiquant que la limitation de dispersion expliquait davantage la diversité bêta que l'hétérogénéité environnementale. De plus, l'analyse de partitionnement de la variation (VPA), réalisée en combinant les variables environnementales, les tendances linéaires et les coordonnées principales de matrices de voisinage (PCNM), a montré que ce sont les effets conjoints des facteurs environnementaux et spatiaux qui ont contribué à la variation expliquée de la CCB dans la zone d'étude. Compte tenu des caractéristiques particulières de géographie humaine de la baie de Bohai, des facteurs biotiques/abiotiques non mesurés, des facteurs stochastiques ainsi que des perturbations anthropiques pourraient être responsables de la part inexpliquée de la variation de la CCB.
Komünite yapısının belirlenmesinde çevresel (yakın dönemdeki bozulmalar) ve mekânsal faktörlerin (tarihsel süreçler) göreli öneminin ayrıştırılması, ekolojinin temel bir konusudur. Bohai Körfezi, Çin'in kuzeyinde yer alan tipik bir yarı kapalı körfez olup, antropojenik bozulmalara sahip metropoliten bir alanla çevrili olması onu kirlilik gradyanları barındıran karmaşık bir kıyı deniz sistemine dönüştürmüştür; bu sistemde bakteriyoplankton komünitelerinin dağılımı ve belirleyicileri henüz netlik kazanmamıştır. Bu çalışmada, yerel çevresel ve bölgesel mekânsal faktörlerin bakteriyoplankton komünite kompozisyonunu (BCC) şekillendirmedeki göreli rollerini araştırmak amacıyla Bohai Körfezi genelinde yaklaşık 100 km ölçeğinde 19 istasyondan yüzey suyu örnekleri toplanmıştır. Örnekleme bölgesindeki çevresel parametreler, coğrafi varyasyona bağlı olarak gradyan bir değişim sergilemiştir. Çalışma alanındaki kirlilik parametreleri ile bol bulunan birçok OTU arasında anlamlı bir korelasyon tespit edilmiş olup, bunların 16'sı belirgin bir coğrafi segmentasyonla farklı kirlilik düzeyindeki bölgelerde belirgin dağılım desenleri göstermiştir; bu durum, kirlilik gradyanının ve yayılma sınırlamasının belirli taksonlar üzerindeki etkilerine işaret etmektedir. BCC'ler farklı kirlilik düzeyindeki bölgeler arasında belirgin bir kümelenme etkisi göstermemiş, bu da çalışma bölgesindeki BCC varyasyonunu açıklamanın karmaşıklığını ortaya koymuştur. Kısmi Mantel testi, beta çeşitliliği üzerinde mekânsal etkilerin yerel çevresel faktörlere kıyasla daha güçlü olduğunu ortaya koymuştur; bu da yayılma sınırlamasının beta çeşitliliğini çevresel heterojenlikten daha fazla açıkladığını göstermektedir. Ayrıca, çevresel değişkenler, doğrusal eğilimler ve komşu matrislerden elde edilen değişkenlerin temel koordinatlarının (PCNM) birleştirilmesiyle gerçekleştirilen varyasyon ayrıştırma analizi (VPA), incelenen alanda BCC'nin açıklanan varyasyonuna çevresel ve mekânsal faktörlerin ortak etkilerinin katkıda bulunduğunu göstermiştir. Bohai Körfezi'nin kendine özgü beşeri coğrafi özellikleri dikkate alındığında, ölçülmemiş biyotik/abiyotik faktörler, stokastik faktörler ve antropojenik bozulmalar, BCC'nin açıklanamayan varyasyonundan sorumlu olabilir.
解析环境因素(近期干扰)和空间因素(历史过程)在决定群落结构中的相对重要性是生态学的一个核心问题。渤海湾是位于中国北部的一个典型半封闭海湾,周围环绕的大都市区及其带来的人类活动干扰使其成为一个具有污染梯度的复杂近岸海洋系统,其中浮游细菌群落的分布特征及其决定因素尚不明确。本研究在渤海湾约100 km的尺度范围内采集了19个站位的表层水样,旨在探究局部环境和区域空间因素在塑造浮游细菌群落组成(BCC)中的相对作用。采样区域的环境参数随地理位置的变化呈现出梯度变化。研究区域内若干高丰度OTU与污染参数显著相关,其中16个OTU在不同污染区域表现出独特的分布模式并伴有明显的地理隔离,这表明污染梯度和扩散限制对特定类群产生了影响。不同污染区域之间的BCC并未表现出明显的聚类效应,这表明解释该区域BCC的变异机制具有复杂性。偏Mantel检验(partial Mantel test)表明,空间效应对Beta多样性的影响强于局部环境因素,这表明相较于环境异质性,扩散限制对Beta多样性的贡献更大。此外,结合环境变量、线性趋势以及邻接矩阵主坐标分析(PCNM)变量进行的变异分解分析(VPA)表明,环境和空间因素的共同作用构成了研究区BCC的已解释变异。考虑到渤海湾特殊的人文地理特征,未测量的生物/非生物因素、随机因素以及人为干扰可能是导致BCC产生未解释变异的原因。
Reference Key
zhao2020bacterioplanktonmicrobiologyopen Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Zhao, Wei;Wang, Jingjing;Xu, Song;Lei, Yu;Yang, Rong;Shi, Liuyang;Wang, Xingbiao;Huang, Zhiyong;
Journal microbiologyopen
Year 2020
DOI
10.1002/mbo3.997
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