Abstract Shark Bay, Australia, harbours one of the most extensive and diverse systems of living microbial mats, that are proposed to be analogs of some of the earliest ecosystems on Earth. These ecosystems have been shown to possess a substantial abundance of uncultivable microorganisms. These enigmatic groups - ‘microbial dark matter’ (MDM) - are hypothesised to play key roles in microbial mats. We reconstructed 115 metagenome-assembled genomes (MAGs) affiliated to MDM, spanning 42 phyla within the bacterial and archaeal domains. We classified bacterial MDM from the PVC group, FCB group, Microgenomates, Parcubacteria, and Peregrinibacteria, as well as a high proportion of archaeal MDM under the TACK, DPANN, Altiarchaeales, and Asgard archaea. The latter includes the first putative Heimdallarchaeota MAG obtained from any microbial mat system. This study reports novel microorganisms (Zixibacterial order GN15) putatively taking part in dissimilatory sulfate reduction in surface hypersaline settings, as well as novel eukaryote signature proteins in the Asgard archaea. Despite possessing reduced-size genomes, the MDM MAGs are capable of fermenting and degrading organic carbon, suggesting a role in recycling organic carbon. Several forms of RuBisCo were identified, allowing putative CO 2 incorporation into nucleotide salvaging pathways, which may act as an alternative carbon and phosphorus source. High capacity of hydrogen production was found among Shark Bay MDM. Putative schizorhodopsins were also identified in Parcubacteria, Asgard archaea, DPANN archaea, and Bathyarchaeota, allowing these members to potentially capture light energy. Diversity-generating retroelements were prominent in DPANN archaea that likely facilitate the adaptation to a dynamic, host-dependent lifestyle. In light of our findings, we propose H 2 , ribose and CO/CO 2 as the main energy currencies of the MDM community in these mat systems.

Abstract Microbial mat ecosystems vary in complexity and structure depending on the environmental constraints placed by nature. Here, we describe in detail for the first time the community composition and functional potential of the microbial mats found in the supratidal, gypsum-rich, and hypersaline region of Blue Holes, Shark Bay. This was achieved via high throughput sequencing of total mat community DNA on the Illumina NextSeq platform. Mat communities were mainly comprised of Proteobacteria (29%), followed by Bacteroidetes/Chlorobi Group (11%), and Planctomycetes (10%). These mats were found to also harbor a diverse community of potentially novel microorganisms including members from the DPANN and Asgard archaea, Candidate Phyla Radiation (CPR) and other candidate phyla, with highest diversity indices found in the lower regions of the mat. Major metabolic cycles belonging to sulfur, carbon, nitrogen, and fermentation were detected in the mat metagenomes with the assimilatory sulfate reduction pathway being distinctly abundant. Critical microbial interactions were also inferred, and from 117 medium-to-high quality metagenome-assembled genomes (MAGs), viral defense mechanisms (CRISPR, BREX, and DISARM), elemental transport, osmoprotection, heavy metal and UV resistance were also detected in the mats. These analyses have provided a greater understanding of these distinct mat systems in Shark Bay, including key insights into adaptive responses.

Antarctica, being the coldest, driest and windiest continent on Earth, represents the most extreme environment a living organism can thrive in. Under constant exposure to harsh environmental threats, terrestrial Antarctica remains home to a great diversity of microorganisms, indicating that the soil bacteria must have adapted a range of survival strategies that require cell-to-cell communication. Survival strategies include secondary metabolite production, biofilm formation, bioluminescence, symbiosis, conjugation, sporulation and motility, all of which are often regulated by quorum sensing (QS), a type of bacterial communication. Up to now, such mechanisms have not been explored in terrestrial Antarctica. Here, for the first time, LuxI/LuxR-based quorum sensing (QS) activity was delineated in soil bacterial isolates recovered from Adams Flat, in the Vestfold Hills region of East Antarctica. Interestingly, we identified the production of potential homoserine lactones (HSLs) ranging from medium to long chain length in 19 bacterial species using three biosensors, namely Agrobacterium tumefaciens NTL4, Chromobacterium violaceum CV026 and Escherichia coli MT102, in conjunction with thin layer chromatography (TLC). The majority of detectable HSLs were from gram-positive microorganisms not previously known to produce HSLs. This discovery further expands our understand of the microbial community capable of this type of communication, as well as providing insights into physiological adaptations of microorganisms that allow them to survive in the harsh Antarctic environment.

Herein, we present a significant advancement in long-term cryopreservation techniques for microalgae