Metagenomic analysis of basal ice from an Alaskan glacier

Abstract

BackgroundGlaciers cover ~ 10% of land but are among the least explored environments on Earth. The basal portion of glaciers often harbors unique aquatic microbial ecosystems in the absence of sunlight, and knowledge on the microbial community structures and their metabolic potential is very limited. Here, we provide insights into the microbial lifestyle present at the base of the Matanuska Glacier, Alaska.ResultsDNA and RNA were extracted from samples of the Matanuska Glacier basal ice. Using Illumina MiSeq and HiSeq sequencing, we investigated the microbial diversity with the metagenomic shotgun reads and 16S ribosomal RNA data. We further assembled 9 partial and draft bacterial genomes from the metagenomic assembly, and identified key metabolic pathways such as sulfur oxidation and nitrification. Collectively, our analyses suggest a prevalence of lithotrophic and heterotrophic metabolisms in the subglacial microbiome.ConclusionOur results present the first metagenomic assembly and bacterial draft genomes for a subglacial environment. These results extend our understanding of the chemical and biological processes in subglacial environments critically influenced by global climate change.Electronic supplementary materialThe online version of this article (10.1186/s40168-018-0505-5) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Microbial genomics amidst the Arctic crisis

“…Methane oxidation at the oxygenated glacial margins may mitigate subglacial methane production [ 85, 86 ]; however, contrasting results from neighbouring outlets of the Greenland Ice Sheet prompt uncertainty on whether methane oxidation can adequately compensate against methane production [ 85, 87 ]. Hitherto, a genomic perspective on subglacial ecosystem structure and function is in its infancy, with very few publicly available metagenomic datasets [ 88 ].…”

Microbial Community Structure and Metabolic Networks in Polar Glaciers

“…The platform includes multiple instruments with varying read length. For example, Illumina sequencing has been employed in a metagenomic research into diazotrophic communities across Arctic glacier forefields [41] and in the metagenomic analysis of basal ice from an Alaskan glacier [42]. Sequencing of 16S and 18S rDNA PCR amplicons is the most common approach to investigating environmental prokaryotic diversity, despite the known biases introduced during PCR.…”

Herramientas moleculares utilizadas para el análisis metagenómico. Revisión

“…Kayani et al (45) Sangre de donantes sanos Análisis del microbioma mediante amplificación por PCR y secuenciación dirigida de 16S rRNA Païsse et al (46) Microbioma fecal humano Estudio comparativo del genoma completo por secuenciación masiva y secuenciación dirigida de 16S rRNA Ranjan et al (32) Queso Gouda pasteurizado y no pasteurizado Análisis de diversidad mediante la secuenciación dirigida del gen 16S rRNA Salazar et al (47) Microbiota ileal y cecal de pollos de engorda Análisis de diversidad mediante la amplificación de la región V3 del gen 16S rRNA Mohd-Shaufi et al (48) Microbiota adherida a la fibra en rumen bovino Caracterización de los genes y genomas de ADN metagenómico Hess et al (3) Rumen de bovinos productores de leche y carne Análisis taxonómico del microbioma del rumen a través de la pirosecuenciación dirigida del gen 16S rRNA Wu et al (20) Microbiota ruminal en bovinos suplementados con levaduras Análisis de la diversidad microbiana del rumen a través de la pirosecuenciación dirigida de la región ribosomal V1 del gen 16S rRNA Pinloche et al (5) Microbiota ruminal en bovinos suplementados con tiamina Análisis de la diversidad bacteriana a través de la secuenciación dirigida del gen 16S rRNA Pan et al (49) Microbioma de piel sana y con dermatitis digital bovina Caracterización del microbiana y composición de genes funcionales de la piel sana, piel en etapas de lesión activa e inactiva mediante secuenciación masiva del genoma completo y anotación de las muestras mediante MG-RAST Zinicola et al (30) Liquido ruminal de tres fracciones del rumen bovino Perfiles metagenómicos del rumen mediante la secuenciación masiva paralela no dirigida en ADN metagenómico.…”

“…La secuenciación dirigida del 16S rRNA junto con la de genomas completos se ha utilizado también en glaciares, para los que la información microbiana también está muy limitada. El primer estudio metagenómico de glaciares reportado (45) permitió identificar nueve diferentes genomas entre los cuales se encuentran Anaerolinea, Synthrophus y Thiobacillus y se encontraron rutas metabólicas involucradas en la oxidación del azufre y en la nitrificación. Existen ejemplos del uso de la secuenciación masiva en poblaciones metagenómicas dentro del ámbito de la salud, y agroalimentario.…”