A 16S rRNA gene database (http://greengenes.lbl.gov) addresses limitations of public repositories by providing chimera screening, standard alignment, and taxonomic classification using multiple published taxonomies. It was found that there is incongruent taxonomic nomenclature among curators even at the phylum level. Putative chimeras were identified in 3% of environmental sequences and in 0.2% of records derived from isolates. Environmental sequences were classified into 100 phylum-level lineages in the Archaea and Bacteria.

Like all higher organisms, plants have evolved in the context of a microbial world, shaping both their evolution and their contemporary ecology. Interactions between plant roots and soil microorganisms are critical for plant fitness in natural environments. Given this co-evolution and the pivotal importance of plant-microbial interactions, it has been hypothesized, and a growing body of literature suggests, that plants may regulate the composition of their rhizosphere to promote the growth of microorganisms that improve plant fitness in a given ecosystem. Here, using a combination of comparative genomics and exometabolomics, we show that pre-programmed developmental processes in plants (Avena barbata) result in consistent patterns in the chemical composition of root exudates. This chemical succession in the rhizosphere interacts with microbial metabolite substrate preferences that are predictable from genome sequences. Specifically, we observed a preference by rhizosphere bacteria for consumption of aromatic organic acids exuded by plants (nicotinic, shikimic, salicylic, cinnamic and indole-3-acetic). The combination of these plant exudation traits and microbial substrate uptake traits interact to yield the patterns of microbial community assembly observed in the rhizosphere of an annual grass. This discovery provides a mechanistic underpinning for the process of rhizosphere microbial community assembly and provides an attractive direction for the manipulation of the rhizosphere microbiome for beneficial outcomes.

Abstract The subterranean world hosts up to one-fifth of all biomass, including microbial communities that drive transformations central to Earth’s biogeochemical cycles. However, little is known about how complex microbial communities in such environments are structured, and how inter-organism interactions shape ecosystem function. Here we apply terabase-scale cultivation-independent metagenomics to aquifer sediments and groundwater, and reconstruct 2,540 draft-quality, near-complete and complete strain-resolved genomes that represent the majority of known bacterial phyla as well as 47 newly discovered phylum-level lineages. Metabolic analyses spanning this vast phylogenetic diversity and representing up to 36% of organisms detected in the system are used to document the distribution of pathways in coexisting organisms. Consistent with prior findings indicating metabolic handoffs in simple consortia, we find that few organisms within the community can conduct multiple sequential redox transformations. As environmental conditions change, different assemblages of organisms are selected for, altering linkages among the major biogeochemical cycles.

Microbiologists conducting surveys of bacterial and archaeal diversity often require comparative alignments of thousands of 16S rRNA genes collected from a sample. The computational resources and bioinformatics expertise required to construct such an alignment has inhibited high-throughput analysis. It was hypothesized that an online tool could be developed to efficiently align thousands of 16S rRNA genes via the NAST (Nearest Alignment Space Termination) algorithm for creating multiple sequence alignments (MSA). The tool was implemented with a web-interface at http://greengenes.lbl.gov/NAST . Each user-submitted sequence is compared with Greengenes' ‘Core Set’, comprising ∼10 000 aligned non-chimeric sequences representative of the currently recognized diversity among bacteria and archaea. User sequences are oriented and paired with their closest match in the Core Set to serve as a template for inserting gap characters. Non-16S data (sequence from vector or surrounding genomic regions) are conveniently removed in the returned alignment. From the resulting MSA, distance matrices can be calculated for diversity estimates and organisms can be classified by taxonomy. The ability to align and categorize large sequence sets using a simple interface has enabled researchers with various experience levels to obtain bacterial and archaeal community profiles.

Considering the importance of its potential implications for human health, agricultural productivity, and ecosystem stability, surprisingly little is known regarding the composition or dynamics of the atmosphere's microbial inhabitants. Using a custom high-density DNA microarray, we detected and monitored bacterial populations in two U.S. cities over 17 weeks. These urban aerosols contained at least 1,800 diverse bacterial types, a richness approaching that of some soil bacterial communities. We also reveal the consistent presence of bacterial families with pathogenic members including environmental relatives of select agents of bioterrorism significance. Finally, using multivariate regression techniques, we demonstrate that temporal and meteorological influences can be stronger factors than location in shaping the biological composition of the air we breathe.

Improvement in lung function after macrolide antibiotic therapy has been attributed to reduction in bronchial infection by specific bacteria. However, the airway might be populated by a more diverse microbiota, and clinical features of asthma might be associated with characteristics of the airway microbiota present.We sought to determine whether relationships exist between the composition of the airway bacterial microbiota and clinical features of asthma using culture-independent tools capable of detecting the presence and relative abundance of most known bacteria.In this pilot study bronchial epithelial brushings were collected from 65 adults with suboptimally controlled asthma participating in a multicenter study of the effects of clarithromycin on asthma control and 10 healthy control subjects. A combination of high-density 16S ribosomal RNA microarray and parallel clone library-sequencing analysis was used to profile the microbiota and examine relationships with clinical measurements.Compared with control subjects, 16S ribosomal RNA amplicon concentrations (a proxy for bacterial burden) and bacterial diversity were significantly higher among asthmatic patients. In multivariate analyses airway microbiota composition and diversity were significantly correlated with bronchial hyperresponsiveness. Specifically, the relative abundance of particular phylotypes, including members of the Comamonadaceae, Sphingomonadaceae, Oxalobacteraceae, and other bacterial families were highly correlated with the degree of bronchial hyperresponsiveness.The composition of bronchial airway microbiota is associated with the degree of bronchial hyperresponsiveness among patients with suboptimally controlled asthma. These findings support the need for further functional studies to examine the potential contribution of members of the airway microbiota in asthma pathogenesis.

ORIGINAL RESEARCH article Front. Microbiol., 02 May 2011Sec. Terrestrial Microbiology volume 2 - 2011 | https://doi.org/10.3389/fmicb.2011.00094

DNA from low-biodiversity fracture water collected at 2.8-kilometer depth in a South African gold mine was sequenced and assembled into a single, complete genome. This bacterium, Candidatus Desulforudis audaxviator, composes >99.9% of the microorganisms inhabiting the fluid phase of this particular fracture. Its genome indicates a motile, sporulating, sulfate-reducing, chemoautotrophic thermophile that can fix its own nitrogen and carbon by using machinery shared with archaea. Candidatus Desulforudis audaxviator is capable of an independent life-style well suited to long-term isolation from the photosphere deep within Earth's crust and offers an example of a natural ecosystem that appears to have its biological component entirely encoded within a single genome.

The pulse of carbon dioxide (CO 2 ) resulting from the first rainfall after the dry summer in Mediterranean ecosystems is so large that it is well documented at the landscape scale, with the CO 2 released in a few days comparable in magnitude to the annual net carbon exchange of many terrestrial ecosystems. Although the origin of this CO 2 is debated, we show that the pulse of CO 2 is produced by a three-step resuscitation of the indigenous microbial community. Specific phylogenetic groups of microorganisms activate and contribute to the CO 2 pulse at different times after a simulation of the first rainfall following the severe summer drought. Differential resuscitation was evident within 1 h of wet-up, with three primary response strategies apparent according to patterns of relative ribosomal quantity. Most bacteria could be classified as rapid responders (within 1 h of wet-up), intermediate responders (between 3 and 24 h after wet-up), or delayed responders (24–72 h after wet-up). Relative ribosomal quantities of rapid responders were as high in the prewet dry soils as at any other time, suggesting that specific groups of organisms may be poised to respond to the wet-up event, in that they preserve their capacity to synthesize proteins rapidly. Microbial response patterns displayed phylogenetic clustering and were primarily conserved at the subphylum level, suggesting that resuscitation strategies after wet-up of dry soil may be a phylogenetically conserved ecological trait.