Carbon dioxide fixation is one of the most important biogeochemical processes worldwide, but our current understanding of the distribution of microbial autotrophy and its ecological significance in oligotrophic freshwater systems, and particularly in benthic habitats, is poor and limited primarily to photoautotrophic organisms. In this study we investigated the autotrophic microbial communities inhabiting the sediments of a high-elevation, oligotrophic freshwater pond in the north-western Italian Alps. The abundance and distribution of three different forms of the ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO) large-subunit gene (cbbLG, Form I green-like; cbbLR, Form I red-like; cbbM, Form II) were assessed in samples collected at different depths by quantitative polymerase chain reaction (qPCR); correlations with sediment geochemical properties and total bacterial abundance were also examined. RuBisCO forms cbbLG, cbbLR and cbbM were all detected, with abundances of 9.13–10.90, 6.93–8.77 and 6.75–7.93 log(copies) g–1 dry weight respectively. For all the RuBisCO genes, interannual variability overcame depth-related variability. The abundance of RuBisCO genes was strongly correlated with total bacterial abundance, and both were positively correlated with Ca2+ and Mg2+ concentrations. These observations provide some first indications of the distribution of photo- and chemolithoautotrophic bacteria relying on the Calvin–Benson–Bassham cycle for C fixation in alpine pond sediments, and suggest that they may represent an important component of the total benthic microbial community.

中文翻译：

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深入了解浅层贫营养高山池塘的微生物自养潜力

二氧化碳固定是世界上最重要的生物地球化学过程之一，但我们目前对微生物自养分布及其在贫营养淡水系统，特别是底栖栖息地中的生态意义的理解很差，主要限于光合自养生物。在这项研究中，我们调查了居住在意大利西北部阿尔卑斯山高海拔、贫营养淡水池塘沉积物中的自养微生物群落。三种不同形式的 1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶 (RuBisCO) 大亚基基因 (cbbLG, Form I green-like; cbbLR, Form I red-like; cbbM, Form II) 的丰度和分布是通过定量聚合酶链反应 (qPCR) 在不同深度收集的样本中进行评估；还研究了与沉积物地球化学特性和总细菌丰度的相关性。RuBisCO 形式 cbbLG、cbbLR 和 cbbM 都被检测到，丰度分别为 9.13-10.90、6.93-8.77 和 6.75-7.93 log(copies) g-1 干重。对于所有 RuBisCO 基因，年际变异克服了与深度相关的变异。RuBisCO 基因的丰度与总细菌丰度密切相关，两者都与 Ca2+ 和 Mg2+ 浓度呈正相关。这些观察结果为依赖卡尔文-本森-巴沙姆循环在高山池塘沉积物中固定 C 的光自养和化学自养细菌的分布提供了一些初步迹象，并表明它们可能代表总底栖微生物群落的重要组成部分。RuBisCO 形式 cbbLG、cbbLR 和 cbbM 都被检测到，丰度分别为 9.13-10.90、6.93-8.77 和 6.75-7.93 log(copies) g-1 干重。对于所有 RuBisCO 基因，年际变异克服了与深度相关的变异。RuBisCO 基因的丰度与总细菌丰度密切相关，两者都与 Ca2+ 和 Mg2+ 浓度呈正相关。这些观察结果为依赖卡尔文-本森-巴沙姆循环在高山池塘沉积物中固定 C 的光自养和化学自养细菌的分布提供了一些初步迹象，并表明它们可能代表总底栖微生物群落的重要组成部分。RuBisCO 形式 cbbLG、cbbLR 和 cbbM 都被检测到，丰度分别为 9.13-10.90、6.93-8.77 和 6.75-7.93 log(copies) g-1 干重。对于所有 RuBisCO 基因，年际变异克服了与深度相关的变异。RuBisCO 基因的丰度与总细菌丰度密切相关，两者都与 Ca2+ 和 Mg2+ 浓度呈正相关。这些观察结果为依赖卡尔文-本森-巴沙姆循环在高山池塘沉积物中固定 C 的光自养和化学自养细菌的分布提供了一些初步迹象，并表明它们可能代表总底栖微生物群落的重要组成部分。对于所有 RuBisCO 基因，年际变异克服了与深度相关的变异。RuBisCO 基因的丰度与总细菌丰度密切相关，两者都与 Ca2+ 和 Mg2+ 浓度呈正相关。这些观察结果为依赖卡尔文-本森-巴沙姆循环在高山池塘沉积物中固定 C 的光自养和化学自养细菌的分布提供了一些初步迹象，并表明它们可能代表总底栖微生物群落的重要组成部分。对于所有 RuBisCO 基因，年际变异克服了与深度相关的变异。RuBisCO 基因的丰度与总细菌丰度密切相关，两者都与 Ca2+ 和 Mg2+ 浓度呈正相关。这些观察结果为依赖卡尔文-本森-巴沙姆循环在高山池塘沉积物中固定 C 的光自养和化学自养细菌的分布提供了一些初步迹象，并表明它们可能代表总底栖微生物群落的重要组成部分。