We show that Streptomyces biogeography in soils across North America is influenced by the regional diversification of microorganisms due to dispersal limitation and genetic drift.Streptomyces spp. form desiccation-resistant spores, which can be dispersed on the wind, allowing for a strong test of whether dispersal limitation governs patterns of terrestrial microbial diversity. We employed an approach that has high sensitivity for determining the effects of genetic drift. Specifically, we examined the genetic diversity and phylogeography of physiologically similar Streptomyces strains isolated from geographically distributed yet ecologically similar habitats. We found that Streptomyces beta diversity scales with geographic distance and both beta diversity and phylogenetic diversity manifest in a latitudinal diversity gradient. This pattern of Streptomyces biogeography resembles patterns seen for diverse species of plants and animals, and we therefore evaluated these data in the context of ecological and evolutionary hypotheses proposed to explain latitudinal diversity gradients. The data are consistent with the hypothesis that niche conservatism limits dispersal, and historical patterns of glaciation have limited the time for speciation in higher-latitude sites. Most notably, higher-latitude sites have lower phylogenetic diversity, higher phylogenetic clustering, and evidence of range expansion from lower latitudes. In addition, patterns of beta diversity partition with respect to the glacial history of sites. Hence, the data support the hypothesis that extant patterns of Streptomyces biogeography have been driven by historical patterns of glaciation and are the result of demographic range expansion, dispersal limitation, and regional diversification due to drift.
IMPORTANCE:
Biogeographic patterns provide insight into the evolutionary and ecological processes that govern biodiversity. However, the evolutionary and ecological processes that govern terrestrial microbial diversity remain poorly characterized. We evaluated the biogeography of the genus Streptomyces to show that the diversity of terrestrial bacteria is governed by many of the same processes that govern the diversity of many plant and animal species. While bacteria of the genus Streptomyces are a preeminent source of antibiotics, their evolutionary history, biogeography, and biodiversity remain poorly characterized. The observations we describe provide insight into the drivers of Streptomyces biodiversity and the processes that underlie microbial diversification in terrestrial habitats.
Titre de l'article
Les bactéries du genre Streptomyces sont réparties en suivant un gradient latitudinal de diversité.
Les bactéries du genre Streptomyces sont réparties en suivant un gradient latitudinal de diversité.
Introduction à l'article
Mesurer la diversité des microbes est une chose compliquée notamment car les outils permettant ces études sont relativement récents. Les micro-organismes ont des vitesses d'évolution souvent rapides et sont capables de se disperser facilement. Cette étude vise à comprendre la répartition biogéographique et l'histoire évolutive des bactéries du genre Streptomyces aux Etats-Unis. Les bactéries du genre Streptomyces sont ubiquitaires dans les sols. De plus, elles produisent des spores capables de résister au manque de nutriments, aux rayonnements UV, à la dessiccation et permette aux bactéries de se disperser dans son environnement.
Mesurer la diversité des microbes est une chose compliquée notamment car les outils permettant ces études sont relativement récents. Les micro-organismes ont des vitesses d'évolution souvent rapides et sont capables de se disperser facilement. Cette étude vise à comprendre la répartition biogéographique et l'histoire évolutive des bactéries du genre Streptomyces aux Etats-Unis. Les bactéries du genre Streptomyces sont ubiquitaires dans les sols. De plus, elles produisent des spores capables de résister au manque de nutriments, aux rayonnements UV, à la dessiccation et permette aux bactéries de se disperser dans son environnement.
Expériences de l'article
Cette étude a été réalisée sur l'analyse d'un échantillon de 924 souches de Streptomyces qui ont été isolées dans 15 sites différents des Etats-Unis. Des mesures de caractéristiques environementales (températures, précipitations, pH du sol) ont été réalisées pour chaque site. Ensuite, les isolats ont été amplifiées par PCR puis le gène de la rpoB (sous-unité β de RNA polymerase) a été séquencé. Les séquences de rpoB ont été alignées à l'aide de l'outil MUSCLE puis analysées à l'aide de différents outils de phylogeny. Les mesures de diversité ont été réalisée à l'aide de l'outil RAMI.
Cette étude a été réalisée sur l'analyse d'un échantillon de 924 souches de Streptomyces qui ont été isolées dans 15 sites différents des Etats-Unis. Des mesures de caractéristiques environementales (températures, précipitations, pH du sol) ont été réalisées pour chaque site. Ensuite, les isolats ont été amplifiées par PCR puis le gène de la rpoB (sous-unité β de RNA polymerase) a été séquencé. Les séquences de rpoB ont été alignées à l'aide de l'outil MUSCLE puis analysées à l'aide de différents outils de phylogeny. Les mesures de diversité ont été réalisée à l'aide de l'outil RAMI.
Résultats de l'article
Les auteurs ont d'abord confirmé qu'il y avait un lien entre la diversité et la distance qui sépare les différents sites. Ils ont montré que la dissimilarité phylogénique et taxonomique augmentait en même temps que la distance géographique entres les sites (Fig 1). Une explication à cette observation est que la capacité de dispersion chez le genre Streptomyces est limitée et une hypothèse alternative est l'hypothèse de panmixie et de sélection par l'environnement des souches. Les analyses de diversité (β) ont montré que seul la latitude et le pH du sol avait un impact sur la diversité β. Cette analyse a montré que la diversité phylogénique avait tendance à diminuer avec l'augmentation de latitude. Cette corrélation a aussi été retrouvée pour la température. L'hypothèse de conservatisme de niche explique ce gradient latitudinal de diversité et la présence au Nord des Etats-Unis d'un glacier pendant la période du Pleisotcene serait l’événement historique ayant mis en place ce gradient.
Les auteurs ont d'abord confirmé qu'il y avait un lien entre la diversité et la distance qui sépare les différents sites. Ils ont montré que la dissimilarité phylogénique et taxonomique augmentait en même temps que la distance géographique entres les sites (Fig 1). Une explication à cette observation est que la capacité de dispersion chez le genre Streptomyces est limitée et une hypothèse alternative est l'hypothèse de panmixie et de sélection par l'environnement des souches. Les analyses de diversité (β) ont montré que seul la latitude et le pH du sol avait un impact sur la diversité β. Cette analyse a montré que la diversité phylogénique avait tendance à diminuer avec l'augmentation de latitude. Cette corrélation a aussi été retrouvée pour la température. L'hypothèse de conservatisme de niche explique ce gradient latitudinal de diversité et la présence au Nord des Etats-Unis d'un glacier pendant la période du Pleisotcene serait l’événement historique ayant mis en place ce gradient.
Rigueur de l'article
L'échantillon comprend un grand nombre de souches de Streptomyces (924 souches) et l'échantillonnage a été réalisé dans 15 sites différents qui ont été choisi pour que l'habitat des bactéries soit relativement similaire. Les analyses ont été réalisées avec des outils fiables mais un seul gène a été pris en compte (rpoB) or il aurait été intéressant de travailler sur plus de gènes, voir sur des génomes entiers.
L'échantillon comprend un grand nombre de souches de Streptomyces (924 souches) et l'échantillonnage a été réalisé dans 15 sites différents qui ont été choisi pour que l'habitat des bactéries soit relativement similaire. Les analyses ont été réalisées avec des outils fiables mais un seul gène a été pris en compte (rpoB) or il aurait été intéressant de travailler sur plus de gènes, voir sur des génomes entiers.
Ce que cet article apporte au débat
Cette article montre qu'il existe aussi des gradients latitudinal de biodiversité chez certains micro-organismes et pas seulement chez les organismes complexes. De plus, il permet de relié la diversité avec des facteurs à des événements climatiques historiques. Pour le genre Streptomyces, les variations de diversité aux Etats-Unis sont liées à la présence ou l’absence d'un glacier sur la partie Nord des Etats-Unis au _Pleisotcene et qui permis l'expansion des espèces situées plus au Sud.
Cette article montre qu'il existe aussi des gradients latitudinal de biodiversité chez certains micro-organismes et pas seulement chez les organismes complexes. De plus, il permet de relié la diversité avec des facteurs à des événements climatiques historiques. Pour le genre Streptomyces, les variations de diversité aux Etats-Unis sont liées à la présence ou l’absence d'un glacier sur la partie Nord des Etats-Unis au _Pleisotcene et qui permis l'expansion des espèces situées plus au Sud.
Figure
Graphiques montrant une augmentation de la dissimilarité phylogénétique (A) et taxonomique (B) chez les Streptomyces en fonction de la distance entre les sites d'échantillonnages.
Graphiques montrant une augmentation de la dissimilarité phylogénétique (A) et taxonomique (B) chez les Streptomyces en fonction de la distance entre les sites d'échantillonnages.
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