Determinants of root-associated fungal communities within Asteraceae in a semi-arid grassland

Summary

1.While plant–fungal interactions are important determinants of plant community assembly and ecosystem functioning, the processes underlying fungal community composition are poorly understood.
2.Here, we studied for the first time the root-associated eumycotan communities in a set of co-occurring plant species of varying relatedness in a species-rich, semi-arid grassland in Germany. The study system provides an opportunity to evaluate the importance of host plants and gradients in soil type and landscape structure as drivers of fungal community structure on a relevant spatial scale. We used 454 pyrosequencing of the fungal internal transcribed spacer region to analyse root-associated eumycotan communities of 25 species within the Asteraceae, which were sampled at different locations within a soil type gradient. We partitioned the variance accounted for by three predictors (host plant phylogeny, spatial distribution and soil type) to quantify their relative roles in determining fungal community composition and used null model analyses to determine whether community composition was influenced by biotic interactions among the fungi.
3.We found a high fungal diversity (156 816 sequences clustered in 1100 operational taxonomic units (OTUs)). Most OTUs belonged to the phylum Ascomycota (35.8%); the most abundant phylotype best-matched Phialophora mustea. Basidiomycota were represented by 18.3%, with Sebacina as most abundant genus. The three predictors explained 30% of variation in the community structure of root-associated fungi, with host plant phylogeny being the most important variance component. Null model analysis suggested that many fungal taxa co-occurred less often than expected by chance, which demonstrates spatial segregation and indicates that negative interactions may prevail in the assembly of fungal communities.
4.Synthesis. The results show that the phylogenetic relationship of host plants is the most important predictor of root-associated fungal community assembly, indicating that fungal colonization of host plants might be facilitated by certain plant traits that may be shared among closely related plant species.

Multiplexing with three-primer PCR for rapid and economical microsatellite validation.

The next generation sequencing revolution has enabled rapid discovery of genetic markers, however, development of fully functioning new markers still requires a long and costly process of marker validation. This study reports a rapid and economical approach for the validation and deployment of polymorphic microsatellite markers obtained from a 454 pyrosequencing library of Atlantic cod, Gadus morhua, Linnaeus 1758. Primers were designed from raw reads to amplify specific amplicon size ranges, allowing effective PCR multiplexing. Multiplexing was combined with a three-primer PCR approach using four universal tails to label amplicons with separate fluorochromes. A total of 192 primer pairs were tested, resulting in 73 polymorphic markers. Of these, 55 loci were combined in six multiplex panels each containing between six and eleven markers. Variability of the loci was assessed on G. morhua from the Celtic Sea (n 46) and the Scotian Shelf (n 46), two locations that have shown genetic differentiation in previous studies. Multilocus FST between the two samples was estimated at 0.067 (P 0.001). After three loci potentially under selection were excluded, the global FST was estimated at 0.043 (P 0.001). Our technique combines three- primer and multiplex PCR techniques, allowing simultaneous screening and validation of relatively large numbers of microsatellite loci.

Populationsgenetik und Phylogeographie des Archäophyten und Kulturreliktzeigers Vinca minor L. (Apocynaceae)

Das Kleine Immergrün (Vinca minor L.) aus der Familie der Apocynaceae ist in der Krautschicht sommergrüner Wälder Südeuropas heimisch, während es in weiten Teilen Mitteleuropas als wahrscheinlich von den Römern eingeführter, altetablierter Archäophyt gilt. Noch heute ist die Art als Kulturreliktzeiger häufig in der Umgebung ehemaliger römischer Tempel und mittelalterlicher Burgruinen zu finden. Zudem wird V. minor in zahlreichen Gartenformen kultiviert. In Teilen Nordamerikas wird der Chamaephyt hingegen als eingeführte, invasive Art eingestuft, die die einheimische Flora und Fauna bedroht. Da V. minor Stolonen bilden kann und in Mitteleuropa selten reife Samen beobachtet werden, wurde bislang vermutet, dass V. minor Bestände in Mitteleuropa sich rein asexuell erhalten. Diese Hypothese wurde aber bisher nie mit molekularen Methoden überprüft. Auch zur Populationsgenetik der Art ist bisher nichts bekannt. Aus diesen Gegebenheiten resultieren folgende Fragen: Wie hoch ist die genetische Diversität von V. minor im submediterranen Ursprungsgebiet im Vergleich zu Mitteleuropa und Nordamerika und wie ist sie in den Großregionen jeweils strukturiert? Korreliert die anthropogen bedingte Einführung mit einer genetischen Verarmung in Mitteleuropa? Gibt es in mitteleuropäischen und nordamerikanischen Populationen Hinweise auf sexuelle Reproduktion, oder erfolgt eine rein vegetative Vermehrung? Gibt es genetische Hinweise für Auswilderungen aus Gärten? Lassen sich die historischen Ausbreitungswege der Art von Süd- nach Mitteleuropa, innerhalb Mitteleuropas sowie nach Nordamerika rekonstruieren? Mikrosatellitenmarker stellen für populationsgenetische Analysen heute die weitaus gängigste Technik dar. Als codominante, locusspezifische Marker erlauben sie die präzise Erfassung populationsgenetischer Parameter zur Quantifizierung der genetischen Diversität und Struktur, die Abschätzung von Genfluss, und die Detektion von Klonen. Mikrosatelliten sind mit Hilfe neuer DNA-Sequenziertechniken (NGS) unproblematisch und kosteneffektiv isolierbar. Im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit wurden daher zunächst nukleäre und plastidäre Mikrosatellitenmarker über NGS-454-Sequenzierung entwickelt. Etablierung von nukleären und plastidären Mikrosatellitenmarkern Zur Etablierung artspezifischer nukleärer Mikrosatellitenmarker wurden zwei Verfahren angewendet. Zum einen wurde in einer öffentlich zugänglichen, über 454-Sequenzierung der cDNA von V. minor gewonnene und im 'sequence read archive' von NCBI hinterlegte Datenbank (Akzessionsnummer SRX039641) nach Mikrosatelliten gesucht. Zum anderen wurde die 454-Technologie eingesetzt, um in Kooperation mit Dr. Bruno Huettel vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtung in Köln genomische Sequenzdaten anhand einer V. minor-Akzession zu generieren und aus diesen Mikrosatelliten zu etablieren. Eine Assemblierung der 723.230 cDNA-Sequenzen mit insgesamt 387 Mbp erzielte eine Reduzierung auf 267.199 Unigenes (267 Mbp), die der genomischen Sequenzen eine Reduzierung von 43.565 (18 Mbp) auf 24.886 Sequenzen (13,7 Mbp). Die assemblierten Datensätze enthielten 25.253 bzw. 1.371 Mikrosatellitenloci aus Mono- bis Hexa-Nukleotidmotiven. Die Effizienz der Assemblierung war somit v. a. bei den cDNA-Sequenzen gering. Da die Etablierung von Mikrosatellitenloci aber auch auf Basis redundanter Sequenzen möglich ist, sofern ein manueller Abgleich der selektierten Sequenzen erfolgt, wurde auf eine weitere Optimierung der Assemblierung verzichtet. Aus den so identifizierten Loci wurden 60 (cDNA) bzw. 35 (genomische DNA) Di-, Tri- und Tetranukleotidmotive selektiert, flankierende Primer synthetisiert und in umfangreichen Pilotstudien getestet. Jeweils neun der Loci erwiesen sich als robuste, polymorphe Marker. Die sieben vielversprechendsten Marker wurden schließlich für die populationsgenetische Untersuchung ausgewählt. Auch die Etablierung plastidärer Mikrosatellitenmarker erfolgte über zwei Ansätze. Zum einen wurde das Plastom von V. minor aus dem genomischen 454-Sequenzdatensatz rekonstruiert und auf das Vorhandensein von (A)n/(T)n-Wiederholungseinheiten hin untersucht. Für 14 der 17 dabei detektierten Loci konnten Primer entworfen werden. In einer Pilotstudie erwiesen sich vier der Loci als funktionelle, polymorphe Marker. Zusätzlich wurden die zehn universellen (ccmp) Primerpaare zur Amplifikation plastidärer Mikrosatellitenloci aus Weising & Gardner (1999) getestet, von denen zwei als funktionelle, polymorphe Marker für die Hauptstudie geeignet waren. Populationsgenetische und phylogeographische Analyse Ein Probenset aus insgesamt 967 Pflanzenproben aus 70 Populationen aus Mitteleuropa inkl. der Alpen, den Regionen südlich und westlich der Alpen sowie aus Kanada und 18 Cultivaren wurde mittels der sieben neu etablierten, artspezifischen nukleären Mikrosatellitenmarker populationsgenetisch untersucht. Dabei erwiesen sich 21 der 31 untersuchten Populationen südlich und westlich der Alpen als genetisch hoch divers, die übrigen 10 zeigten vor allem klonales Wachstum und wiesen jeweils ein bis drei Multilocus-Genotypen (MLGs) auf. In 30 der 36 mitteleuropäischen Vorkommen (inkl. der Alpen) sowie den kanadischen Beständen war jeweils nur ein einziger MLG präsent. Drei der Vorkommen zeigten mit einem Heterozygotendefizit einzelner Stichproben Hinweise auf Geitonogamie, an drei weiteren Vorkommen traten jeweils zwei sowohl hinsichtlich der Blütenfarbe und -architektur als auch des MLG unterschiedliche Linien auf. An einem dieser Vorkommen wurde ein Hybrid-Genotyp detektiert, bisher der einzige molekulare Hinweis auf sexuelle Reproduktion im engeren Sinn in Mitteleuropa. Die 967 Stichproben konnten insgesamt 310 individuellen Multilocus-Genotypen (MLGs) zugeordnet werden. Davon traten 233 MLGs nur in jeweils einer einzigen Probe auf, die 77 verbleibenden wurden in mehreren Akzessionen detektiert. Aus einer Simulation ging hervor, dass diese wiederholten MLGs auf rein asexuelle Reproduktion zurückzuführen sind. In Mitteleuropa waren lediglich 18 MLGs vertreten, von denen sieben an bis zu zehn, mehrere hundert Kilometer entfernten Fundorten auftraten. In Nordamerika gehören gar alle drei untersuchten Populationen dem gleichen Klon an. In Mitteleuropa traten in zwei Fällen somatische Mutationen zwischen zwei MLGs auf, sodass diese zu klonalen Linien (Multilocus-Linien; MLL) zusammengefasst werden konnten. Sieben der 18 Cultivare weisen einen zu diversen Freilandvorkommen identischen Genotypen auf. Die Ergebnisse reflektieren den durch die anthropogene Selektion bedingten genetischen Flaschenhalseffekt, in dessen Folge der Genpool von Vinca minor in Mitteleuropa gegenüber der südeuropäischen Heimat der Art stark reduziert wurde. Sexuelle Reproduktion in Mitteleuropa zwischen zwei genetisch unterschiedlichen Individuen ist nur an wenigen Standorten überhaupt möglich und da meist nur ein Klon am gleichen Fundort auftritt, sehr selten. Die Ausbreitung erfolgt zudem rein anthropogen und über erhebliche Strecken, wie die identischen MLGs an unterschiedlichen, weit auseinander liegenden Fundorten belegen. Südlich und westlich der Alpen hingegen ist sexuelle Reproduktion über Samen häufig. Aus den kalkulierten Neighbour-Joining Phenogrammen, Neighbour-Nets und der Bayes'schen Analyse ergibt sich prinzipiell eine Abtrennung der in Norditalien und Slowenien gelegenen Vorkommen von den übrigen Regionen, wohingegen mehrere mittelitalienische Populationen mit denen westlich der Alpen und den mitteleuropäischen Vorkommen in einer engeren genetischen Beziehung stehen. Da die mittelitalienischen Vorkommen jedoch Anzeichen anthropogenen Ursprungs aufweisen (Monoklonalität, Lage an Wegrändern oder Burgen), lassen sich diese Populationen nur bedingt als potentielle Ursprungspopulationen ableiten. Die genetisch diversen norditalienischen und slowenischen Populationen sind trotz der Fragmentierung der norditalienischen Waldvegetation insgesamt nur moderat voneinander differenziert (FST=0,14, GST=0,17, RST=0,19). Die AMOVA ergab, dass über 80 % der genetischen Variation auf Variation innerhalb der Populationen zurückzuführen ist. Dennoch ergab sich aus einem Mantel-Test eine zunehmende genetische Differenzierung mit zunehmender geographischer Distanz (r=0,59). Die phylogeographische Analyse wurde mit Hilfe von vier plastidären Mikrosatellitenmarkern aus der 454-Sequenzierung und zwei universellen plastidären ccmp-Mikrosatellitenloci durchgeführt. Untersucht wurden jeweils eine bis sechs Stichproben aus den o. g. 70 Populationen, die 18 Cultivare sowie zusätzliche Einzelproben aus mehreren Ländern, deren DNA aus Herbarbelegen isoliert wurde. Insgesamt wurden 297 Proben untersucht. Unter diesen wurden in der phylogeographischen Analyse sieben plastidäre Haplotypen detektiert. In der Region südlich der Alpen traten sechs Haplotypen auf (H1 bis H5, H7), in Mitteleuropa vier Haplotypen (H1 bis H3, H6), in Nordamerika, Großbritannien, Schweden und Nordamerika trat hingegen nur ein einziger Haplotyp H1 auf. Die beiden häufigsten Haplotypen nahmen im berechneten Haplotypen-Netzwerk periphere Positionen ein und waren durch sieben Mutationschritte voneinander getrennt. Südlich der Alpen ergab sich jedoch keine klare geographische Verteilung der Haplotypen. Auch die plastidären Daten indizieren somit eine geringere genetische Diversität in den Gebieten, wo V. minor eingeführt wurde. Der geographische Ursprung der mitteleuropäischen Vorkommen in Südeuropa konnte nicht abschließend geklärt werden, jedoch lässt das Vorkommen von zwei weit entfernten Haplotypen den Schluss zu, dass Vinca minor mindestens zweimal (und vermutlich mehrfach) unabhängig in Mitteleuropa eingeführt wurde.

Age and microenvironment outweigh genetic influence on the Zucker rat microbiome

Animal models are invaluable tools which allow us to investigate the microbiome-host dialogue. However, experimental design introduces biases in the data that we collect, also potentially leading to biased conclusions. With obesity at pandemic levels animal models of this disease have been developed; we investigated the role of experimental design on one such rodent model. We used 454 pyrosequencing to profile the faecal bacteria of obese (n = 6) and lean (homozygous n = 6; heterozygous n = 6) Zucker rats over a 10 week period, maintained in mixed-genotype cages, to further understand the relationships between the composition of the intestinal bacteria and age, obesity progression, genetic background and cage environment. Phylogenetic and taxon-based univariate and multivariate analyses (non-metric multidimensional scaling, principal component analysis) showed that age was the most significant source of variation in the composition of the faecal microbiota. Second to this, cage environment was found to clearly impact the composition of the faecal microbiota, with samples from animals from within the same cage showing high community structure concordance, but large differences seen between cages. Importantly, the genetically induced obese phenotype was not found to impact the faecal bacterial profiles. These findings demonstrate that the age and local environmental cage variables were driving the composition of the faecal bacteria and were more deterministically important than the host genotype. These findings have major implications for understanding the significance of functional metagenomic data in experimental studies and beg the question; what is being measured in animal experiments in which different strains are housed separately, nature or nurture?

Dietary iron depletion at weaning imprints low microbiome diversity and this is not recovered with oral nano Fe(III)

Alterations in the gut microbiota have been recently linked to oral iron. We conducted two feeding studies including an initial diet-induced iron-depletion period followed by supplementation with nanoparticulate tartrate-modified ferrihydrite (Nano Fe(III): considered bioavailable to host but not bacteria) or soluble ferrous sulfate (FeSO4: considered bioavailable to both host and bacteria). We applied denaturing gradient gel electrophoresis and fluorescence in situ hybridization for study-1 and 454-pyrosequencing of fecal 16S rRNA in study-2. In study-1, the within-community microbial diversity increased with FeSO4 (P = 0.0009) but not with Nano Fe(III) supplementation. This was confirmed in study-2, where we also showed that iron depletion at weaning imprinted significantly lower within- and between-community microbial diversity compared to mice weaned onto the iron-sufficient reference diet (P < 0.0001). Subsequent supplementation with FeSO4 partially restored the within-community diversity (P = 0.006 in relation to the continuously iron-depleted group) but not the between-community diversity, whereas Nano Fe(III) had no effect. We conclude that (1) dietary iron depletion at weaning imprints low diversity in the microbiota that is not, subsequently, easily recovered; (2) in the absence of gastrointestinal disease iron supplementation does not negatively impact the microbiota; and (3) Nano Fe(III) is less available to the gut microbiota.

Marcadores moleculares na identificação de híbridos e introgressão genética em populações de Pseudoplatystoma corruscans e Pseudoplatystoma reticulatim

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Development and characterization of 16 microsatellites for the Neotropical catfish Pseudoplatystoma reticulatum and cross species analysis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Isolation and characterization of microsatellites markers for two South American frogs (Leptodactylus bufonius and L. chaquensis) using next generation sequencing

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Analysis of a microbial community associated with polychlorinated biphenyl degradation in anaerobic batch reactors

The degradation of polychlorinated biphenyls (PCBs) was investigated under fermentativemethanogenic conditions for up to 60 days in the presence of anaerobic biomass from a full-scale UASB reactor. The low methane yields in the PCBs-spiked batch reactors suggested that the biomass had an inhibitory effect on the methanogenic community. Reactors containing PCBs and co-substrates (ethanol/ sodium formate) exhibited substantial PCB reductions from 0.7 to 0.2 mg mL-1 . For the Bacteria domain, the PCBs-spiked reactors were grouped with the PCB-free reactors with a similarity of 55 %, which suggested the selection of a specific population in the presence of PCBs. Three genera of bacteria were found exclusively in the PCB-spiked reactors and were identified using pyrosequencing analysis, Sedimentibacter, Tissierela and Fusibacter. Interestingly, the Sedimentibacter, which was previously correlated with the reductive dechlorination of PCBs, had the highest relative abundance in the RCS-PCB (7.4 %) and RCS-PCB-PF (12.4 %) reactors. Thus, the anaerobic sludge from the UASB reactor contains bacteria from the Firmicutes phylum that are capable of degrading PCBs.

Metabolomic evaluation of interactions in rhizosphere between Senna spectabilis and associated microorganisms

Pós-graduação em Química - IQ

Bacterial diversity in rhizosphere soil from Antarctic vascular plants of Admiralty Bay, maritime Antarctica

The Antarctic is a pristine environment that contributes to the maintenance of the global climate equilibrium. The harsh conditions of this habitat are fundamental to selecting those organisms able to survive in such an extreme habitat and able to support the relatively simple ecosystems. The DNA of the microbial community associated with the rhizospheres of Deschampsia antarctica Desv (Poaceae) and Colobanthus quitensis (Kunth) BartI (Caryophyllaceae), the only two native vascular plants that are found in Antarctic ecosystems, was evaluated using a 16S rRNA multiplex 454 pyrosequencing approach. This analysis revealed similar patterns of bacterial diversity between the two plant species from different locations, arguing against the hypothesis that there would be differences between the rhizosphere communities of different plants. Furthermore, the phylum distribution presented a peculiar pattern, with a bacterial community structure different from those reported of many other soils. Firmicutes was the most abundant phylum in almost all the analyzed samples, and there were high levels of anaerobic representatives. Also, some phyla that are dominant in most temperate and tropical soils, such as Acidobacteria, were rarely found in the analyzed samples. Analyzing all the sample libraries together, the predominant genera found were Bifidobacterium (phylum Actinobacteria), Arcobacter (phylum Proteobacteria) and Faecalibacterium (phylum Firmicutes). To the best of our knowledge, this is the first major bacterial sequencing effort of this kind of soil, and it revealed more than expected diversity within these rhizospheres of both maritime Antarctica vascular plants in Admiralty Bay, King George Island, which is part of the South Shetlands archipelago. The ISME Journal (2010) 4, 989-1001; doi:10.1038/ismej.2010.35; published online 1 April 2010

16S rRNA terminal restriction fragment length polymorphism for the characterization of the nasopharyngeal microbiota

A novel non-culture based 16S rRNA Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (T-RFLP) method using the restriction enzymes Tsp509I and Hpy166II was developed for the characterization of the nasopharyngeal microbiota and validated using recently published 454 pyrosequencing data. 16S rRNA gene T-RFLP for 153 clinical nasopharyngeal samples from infants with acute otitis media (AOM) revealed 5 Tsp509I and 6 Hpy166II terminal fragments (TFs) with a prevalence of >10%. Cloning and sequencing identified all TFs with a prevalence >6% allowing a sufficient description of bacterial community changes for the most important bacterial taxa. The conjugated 7-valent pneumococcal polysaccharide vaccine (PCV-7) and prior antibiotic exposure had significant effects on the bacterial composition in an additive main effects and multiplicative interaction model (AMMI) in concordance with the 16S rRNA 454 pyrosequencing data. In addition, the presented T-RFLP method is able to discriminate S. pneumoniae from other members of the Mitis group of streptococci, which therefore allows the identification of one of the most important human respiratory tract pathogens. This is usually not achieved by current high throughput sequencing protocols. In conclusion, the presented 16S rRNA gene T-RFLP method is a highly robust, easy to handle and a cheap alternative to the computationally demanding next-generation sequencing analysis. In case a lot of nasopharyngeal samples have to be characterized, it is suggested to first perform 16S rRNA T-RFLP and only use next generation sequencing if the T-RFLP nasopharyngeal patterns differ or show unknown TFs.

Analysis of coprolites from the extinct mountain goat Myotragus balearicus

Humans colonized the Balearic Islands 5-4 ka ago. They arrived in a uniquely adapted ecosystem with the Balearic mountain goat Myotragus balearicus (Bovidae, Antilopinae, Caprini) as the only large mammal. This mammal went extinct rapidly after human arrival. Several hypotheses have been proposed to explain the extinction of M. balearicus. For the present study ancient DNA analysis (Sanger sequencing, Roche-454, Ion Torrent), and pollen and macrofossil analyses were performed on preserved coprolites from M. balearicus, providing information on its diet and paleo-environment. The information retrieved shows that M. balearicus was heavily dependent on the Balearic box species Buxus balearica during at least part of the year, and that it was most probably a browser. Hindcast ecological niche modelling of B. balearica shows that local distribution of this plant species was affected by climate changes. This suggests that the extinction of M. balearicus can be related to the decline and regional extinction of a plant species that formed a major component of its diet. The vegetation change is thought to be caused by increased aridity occurring throughout the Mediterranean. Previous hypotheses relating the extinction of M. balearicus directly to the arrival of humans on the islands must therefore be adjusted. (C) 2013 University of Washington. Published by Elsevier Inn All rights reserved.

Contribution of APOBEC3G/F Activity to the Development of Low-Abundance Drug-Resistant HIV-1 variants.

Plasma drug-resistant minority HIV-1 variants (DRMV) increase the risk of virological failure to first-line NNRTI antiretroviral therapy (ART). The origin of DRMVs in ART-naive patients, however, remains unclear. In a large pan-European case-control study investigating the clinical relevance of pre-existing DRMVs using 454 pyrosequencing, the six most prevalent plasma DRMVs detected corresponded to G-to-A nucleotide mutations (V90I, V106I, V108I, E138K, M184I and M230I). Here, we evaluated if such DRMVs could have emerged from APOBEC3G/F activity. Out of 236 ART-naïve evaluated subjects, APOBEC3G/F hypermutation signatures were detected in plasma viruses of 14 (5.9%) individuals. Samples with minority E138K, M184I, and M230I mutations, but not those with V90I, V106I, or V108I were significantly associated with APOBEC3G/F activity (Fisher's p<0.005), defined as presence of >0.5% of sample sequences with an APOBEC3G/F signature. Mutations E138K, M184I and M230I co-occurred in the same sequence as APOBEC3G/F signatures in 3/9 (33%), 5/11 (45%) and 4/8 (50%) of samples, respectively; such linkage was not found for V90I, V106I or V108I. In-frame STOP codons were observed in 1.5% of all clonal sequences; 14.8% of them co-occurred with APOBEC3G/F signatures. APOBEC3G/F-associated E138K, M184I and M230I appeared within clonal sequences containing in-frame STOP codons in 2/3 (66%), 5/5 (100%) and 4/4 (100%) of the samples. In a reanalysis of the parent case-control study, presence of APOBEC3G/F signatures was not associated with virological failure. In conclusion, the contribution of APOBEC3G/F editing to the development of DRMVs is very limited and does not affect the efficacy of NNRTI ART.

Diversity of zooplankton assemblages at Station L4, Western English Channel, measured using next generation DNA sequencing

Background: Zooplankton play an important role in our oceans, in biogeochemical cycling and providing a food source for commercially important fish larvae. However, difficulties in correctly identifying zooplankton hinder our understanding of their roles in marine ecosystem functioning, and can prevent detection of long term changes in their community structure. The advent of massively parallel Next Generation Sequencing technology allows DNA sequence data to be recovered directly from whole community samples. Here we assess the ability of such sequencing to quantify the richness and diversity of a mixed zooplankton assemblage from a productive monitoring site in the Western English Channel. Methodology/Principle Findings: Plankton WP2 replicate net hauls (200 µm) were taken at the Western Channel Observatory long-term monitoring station L4 in September 2010 and January 2011. These samples were analysed by microscopy and metagenetic analysis of the 18S nuclear small subunit ribosomal RNA gene using the 454 pyrosequencing platform. Following quality control a total of 419,042 sequences were obtained for all samples. The sequences clustered in to 205 operational taxonomic units using a 97% similarity cut-off. Allocation of taxonomy by comparison with the National Centre for Biotechnology Information database identified 138 OTUs to species level, 11 to genus level and 1 to order, <2.5% of sequences were classified as unknowns. By comparison a skilled microscopic analyst was able to routinely enumerate only 75 taxonomic groups. Conclusions: The percentage of OTUs assigned to major eukaryotic taxonomic groups broadly aligns between the metagenetic and morphological analysis and are dominated by Copepoda. However, the metagenetics reveals a previously hidden taxonomic richness, especially for Copepoda and meroplankton such as Bivalvia, Gastropoda and Polychaeta. It also reveals rare species and parasites. We conclude that Next Generation Sequencing of 18S amplicons is a powerful tool for estimating diversity and species richness of zooplankton communities.