The interrogation of genetic markers in environmental meta-barcoding studies is currently seriously hindered by the lack of taxonomically curated reference data sets for the targeted genes. The Protist Ribosomal Reference database (PR2, http://ssu-rrna.org/) provides a unique access to eukaryotic small sub-unit (SSU) ribosomal RNA and DNA sequences, with curated taxonomy. The database mainly consists of nuclear-encoded protistan sequences. However, metazoans, land plants, macrosporic fungi and eukaryotic organelles (mitochondrion, plastid and others) are also included because they are useful for the analysis of high-troughput sequencing data sets. Introns and putative chimeric sequences have been also carefully checked. Taxonomic assignation of sequences consists of eight unique taxonomic fields. In total, 136 866 sequences are nuclear encoded, 45 708 (36 501 mitochondrial and 9657 chloroplastic) are from organelles, the remaining being putative chimeric sequences. The website allows the users to download sequences from the entire and partial databases (including representative sequences after clustering at a given level of similarity). Different web tools also allow searches by sequence similarity. The presence of both rRNA and rDNA sequences, taking into account introns (crucial for eukaryotic sequences), a normalized eight terms ranked-taxonomy and updates of new GenBank releases were made possible by a long-term collaboration between experts in taxonomy and computer scientists.

Abstract This revision of the classification of eukaryotes follows that of Adl et al., 2012 [ J. Euk. Microbiol . 59(5)] and retains an emphasis on protists. Changes since have improved the resolution of many nodes in phylogenetic analyses. For some clades even families are being clearly resolved. As we had predicted, environmental sampling in the intervening years has massively increased the genetic information at hand. Consequently, we have discovered novel clades, exciting new genera and uncovered a massive species level diversity beyond the morphological species descriptions. Several clades known from environmental samples only have now found their home. Sampling soils, deeper marine waters and the deep sea will continue to fill us with surprises. The main changes in this revision are the confirmation that eukaryotes form at least two domains, the loss of monophyly in the Excavata, robust support for the Haptista and Cryptista. We provide suggested primer sets for DNA sequences from environmental samples that are effective for each clade. We have provided a guide to trophic functional guilds in an appendix, to facilitate the interpretation of environmental samples, and a standardized taxonomic guide for East Asian users.

Newly described phylogenetic lineages within the domain Archaea have recently been found to be significant components of marine picoplankton assemblages. To better understand the ecology of these microorganisms, we investigated the relative abundance, distribution, and phylogenetic composition of Archaea in the Santa Barbara Channel. Significant amounts of archaeal rRNA and rDNA (genes coding for rRNA) were detected in all samples analyzed. The relative abundance of archaeal rRNA as measured by quantitative oligonucleotide hybridization experiments was low in surface waters but reached higher values (20 to 30% of prokaryotic rRNA) at depths below 100 m. Probes were developed for the two major groups of marine Archaea detected. rRNA originating from the euryarchaeal group (group II) was most abundant in surface waters, whereas rRNA from the crenarchaeal group (group I) dominated at depth. Clone libraries of PCR-amplified archaeal rRNA genes were constructed with samples from 0 and 200 m deep. Screening of libraries by hybridization with specific oligonucleotide probes, as well as subsequent sequencing of the cloned genes, indicated that virtually all archaeal rDNA clones recovered belonged to one of the two groups. The recovery of cloned rDNA sequence types in depth profiles exhibited the same trends as were observed in quantitative rRNA hybridization experiments. One representative of each of 18 distinct restriction fragment length polymorphism types was partially sequenced. Recovered sequences spanned most of the previously reported phylogenetic diversity detected in planktonic crenarchaeal and euryarchaeal groups. Several rDNA sequences appeared to be harbored in archaeal types which are widely distributed in marine coastal waters. In total, data suggest that marine planktonic crenarchaea and euryarchaea of temperate coastal habitats thrive in different zones of the water column. The relative rRNA abundance of the crenarchaeal group suggests that its members constitute a significant fraction of the prokaryotic biomass in subsurface coastal waters.

A quantitative PCR (QPCR) assay based on the use of SYBR Green I was developed to assess the abundance of specific groups of picoeukaryotes in marine waters. Six primer sets were designed targeting four different taxonomic levels: domain (Eukaryota), division (Chlorophyta), order (Mamiellales) and genus (Bathycoccus, Micromonas, and Ostreococcus). Reaction conditions were optimized for each primer set which was validated in silico, on agarose gels, and by QPCR against a variety of target and non-target cultures. The approach was tested by estimating gene copy numbers for Micromonas, Bathycoccus, and Ostreococcus in seawater samples to which cultured cells were added in various concentrations. QPCR was then used to determine that rRNA gene (rDNA) copy number varied from one to more than 12,000 in 18 strains of phytoplankton. Finally, QPCR was applied to environmental samples from a Mediterranean Sea coastal site and the results were compared to those obtained by Fluorescent in situ hybridization (FISH). The data obtained demonstrate that Chlorophyta and more specifically Mamiellales were important in these waters, especially during the winter picoplankton bloom. The timing of major abundance peaks of the targeted species was similar by QPCR and FISH. When used in conjunction with other techniques such as FISH or gene clone libraries, QPCR appears as very promising to quickly obtain data on the ecological distribution of important phytoplankton groups. Data interpretation must take into account primer specificity and the varying rRNA gene copy number among eukaryotes.

We used denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) to study the diversity of picoeukaryotes in natural marine assemblages. Two eukaryote-specific primer sets targeting different regions of the 18S rRNA gene were tested. Both primer sets gave a single band when used with algal cultures and complex fingerprints when used with natural assemblages. The reproducibility of the fingerprints was estimated by quantifying the intensities of the same bands obtained in independent PCR and DGGE analyses, and the standard error of these estimates was less than 2% on average. DGGE fingerprints were then used to compare the picoeukaryotic diversity in samples obtained at different depths and on different dates from a station in the southwest Mediterranean Sea. Both primer sets revealed significant differences along the vertical profile, whereas temporal differences at the same depths were less marked. The phylogenetic composition of picoeukaryotes from one surface sample was investigated by excising and sequencing DGGE bands. The results were compared with an analysis of a clone library and a terminal restriction fragment length polymorphism fingerprint obtained from the same sample. The three PCR-based methods, performed with three different primer sets, revealed very similar assemblage compositions; the same main phylogenetic groups were present at similar relative levels. Thus, the prasinophyte group appeared to be the most abundant group in the surface Mediterranean samples as determined by our molecular analyses. DGGE bands corresponding to prasinophytes were always found in surface samples but were not present in deep samples. Other groups detected were prymnesiophytes, novel stramenopiles (distantly related to hyphochytrids or labyrinthulids), cryptophytes, dinophytes, and pelagophytes. In conclusion, the DGGE method described here provided a reasonably detailed view of marine picoeukaryotic assemblages and allowed tentative phylogenetic identification of the dominant members.

ABSTRACT Very small eukaryotic organisms (picoeukaryotes) are fundamental components of marine planktonic systems, often accounting for a significant fraction of the biomass and activity in a system. Their identity, however, has remained elusive, since the small cells lack morphological features for identification. We determined the diversity of marine picoeukaryotes by sequencing cloned 18S rRNA genes in five genetic libraries from North Atlantic, Southern Ocean, and Mediterranean Sea surface waters. Picoplankton were obtained by filter size fractionation, a step that excluded most large eukaryotes and recovered most picoeukaryotes. Genetic libraries of eukaryotic ribosomal DNA were screened by restriction fragment length polymorphism analysis, and at least one clone of each operational taxonomic unit (OTU) was partially sequenced. In general, the phylogenetic diversity in each library was rather great, and each library included many different OTUs and members of very distantly related phylogenetic groups. Of 225 eukaryotic clones, 126 were affiliated with algal classes, especially the Prasinophyceae, the Prymnesiophyceae, the Bacillariophyceae, and the Dinophyceae. A minor fraction (27 clones) was affiliated with clearly heterotrophic organisms, such as ciliates, the chrysomonad Paraphysomonas , cercomonads, and fungi. There were two relatively abundant novel lineages, novel stramenopiles (53 clones) and novel alveolates (19 clones). These lineages are very different from any organism that has been isolated, suggesting that there are previously unknown picoeukaryotes. Prasinophytes and novel stramenopile clones were very abundant in all of the libraries analyzed. These findings underscore the importance of attempts to grow the small eukaryotic plankton in pure culture.

ABSTRACT A previous report of high levels of members of the domain Archaea in Antarctic coastal waters prompted us to investigate the ecology of Antarctic planktonic prokaryotes. rRNA hybridization techniques and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) analysis of the bacterial V3 region were used to study variation in Antarctic picoplankton assemblages. In Anvers Island nearshore waters during late winter to early spring, the amounts of archaeal rRNA ranged from 17.1 to 3.6% of the total picoplankton rRNA in 1996 and from 16.0 to 1.0% of the total rRNA in 1995. Offshore in the Palmer Basin, the levels of archaeal rRNA throughout the water column were higher (average, 24% of the total rRNA) during the same period in 1996. The archaeal rRNA levels in nearshore waters followed a highly seasonal pattern and markedly decreased during the austral summer at two stations. There was a significant negative correlation between archaeal rRNA levels and phytoplankton levels (as inferred from chlorophyll a concentrations) in nearshore surface waters during the early spring of 1995 and during an 8-month period in 1996 and 1997. In situ hybridization experiments revealed that 5 to 14% of DAPI (4′,6-diamidino-2-phenylindole)-stained cells were archaeal, corresponding to 0.9 × 10 4 to 2.7 × 10 4 archaeal cells per ml, in late winter 1996 samples. Analysis of bacterial ribosomal DNA fragments by DGGE revealed that the assemblage composition may reflect changes in water column stability, depth, or season. The data indicate that changes in Antarctic seasons are accompanied by significant shifts in the species composition of bacterioplankton assemblages and by large decreases in the relative proportion of archaeal rRNA in the nearshore water column.

Summary Syndiniales are a parasitic order within the eukaryotic lineage Dinophyceae ( Alveolata ). Here, we analysed the taxonomy of this group using 43655 18S rRNA gene sequences obtained either from environmental data sets or cultures, including 6874 environmental sequences from this study derived from Atlantic and Mediterranean waters. A total of 5571 out of the 43655 sequences analysed fell within the Dinophyceae . Both bayesian and maximum likelihood phylogenies placed Syndiniales in five main groups (I–V), as a monophyletic lineage at the base of ‘core’ dinoflagellates (all Dinophyceae except Syndiniales ), although the latter placement was not bootstrap supported. Thus, the two uncultured novel marine alveolate groups I and II, which have been highlighted previously, are confirmed to belong to the Syndiniales . These groups were the most diverse and highly represented in environmental studies. Within each, 8 and 44 clades were identified respectively. Co‐evolutionary trends between parasitic Syndiniales and their putative hosts were not clear, suggesting they may be relatively ‘general’ parasitoids. Based on the overall distribution patterns of the Syndiniales ‐affiliated sequences, we propose that Syndiniales are exclusively marine. Interestingly, sequences belonging to groups II, III and V were largely retrieved from the photic zone, while Group I dominated samples from anoxic and suboxic ecosystems. Nevertheless, both groups I and II contained specific clades preferentially, or exclusively, retrieved from these latter ecosystems. Given the broad distribution of Syndiniales , our work indicates that parasitism may be a major force in ocean food webs, a force that is neglected in current conceptualizations of the marine carbon cycle.

Summary Microbial communities inhabiting a multipond solar saltern were analysed and compared using SSU rRNA polymerase chain reaction (PCR)‐based fingerprintings carried out in parallel by four laboratories. A salinity gradient from seawater (3.7%) to NaCl precipitation (37%) was studied for Bacteria, Archaea and Eukarya, and laboratories applied their own techniques and protocols on the same set of samples. Members of all three domains were retrieved from all salt concentrations. Three fingerprinting techniques were used: denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE), ribosomal internal spacer analysis (RISA), and terminal‐restriction fragments length polymorphism (T‐RFLP). In addition, each laboratory used its own biomass collection method and DNA extraction protocols. Prokaryotes were addressed using DGGE and RISA with different ‘domain‐specific’ primers sets. Eukaryotes were analysed by one laboratory using DGGE and T‐RFLP, but targeting the same 18S rDNA site. Fingerprints were compared through cluster analysis and non‐metric multidimensional scaling plots. This exercise allowed fast comparison of microbial assemblages and determined to what extent the picture provided by each laboratory was similar to those of others. Formation of two main, salinity‐based groups of samples in prokaryotes (4–15% and 22–37% salinity) was consistent for all the laboratories. When other clusters appeared, this was a result of the particular technique and the protocol used in each case, but more affected by the primers set used. Eukaryotic microorganisms changed more from pond to pond; 4–5% and 8–37% salinity were but the two main groups detected. Archaea showed the lowest number of bands whereas Eukarya showed the highest number of operational taxonomic units (OTUs) in the initial ponds. Artefacts appeared in the DGGE from ponds with extremely low microbial richness. On the other hand, different 16S rDNA fragments with the same restriction or internal transcribed spacer (ITS) length were the main limitations for T‐RFLP and RISA analyses, respectively, in ponds with the highest OTUs richness. However, although the particular taxonomic composition could vary among protocols, the general structure of the microbial assemblages was maintained.

Summary

Background

 Biological communities are normally composed of a few abundant and many rare species. This pattern is particularly prominent in microbial communities, in which most constituent taxa are usually extremely rare. Although abundant and rare subcommunities may present intrinsic characteristics that could be crucial for understanding community dynamics and ecosystem functioning, microbiologists normally do not differentiate between them. Here, we investigate abundant and rare subcommunities of marine microbial eukaryotes, a crucial group of organisms that remains among the least-explored biodiversity components of the biosphere. We surveyed surface waters of six separate coastal locations in Europe, independently considering the picoplankton, nanoplankton, and microplankton/mesoplankton organismal size fractions. 

Results

 Deep Illumina sequencing of the 18S rRNA indicated that the abundant regional community was mostly structured by organismal size fraction, whereas the rare regional community was mainly structured by geographic origin. However, some abundant and rare taxa presented similar biogeography, pointing to spatiotemporal structure in the rare microeukaryote biosphere. Abundant and rare subcommunities presented regular proportions across samples, indicating similar species-abundance distributions despite taxonomic compositional variation. Several taxa were abundant in one location and rare in other locations, suggesting large oscillations in abundance. The substantial amount of metabolically active lineages found in the rare biosphere suggests that this subcommunity constitutes a diversity reservoir that can respond rapidly to environmental change. 

Conclusions

 We propose that marine planktonic microeukaryote assemblages incorporate dynamic and metabolically active abundant and rare subcommunities, with contrasting structuring patterns but fairly regular proportions, across space and time.