Shifts in bacterioplankton community structure between dry and wet seasons in a tropical estuary strongly affected by riverine discharge

Abstract

Estuaries are among the most productive ecosystems in the world and are highly dynamic due to the interaction of freshwater and seawater, which results in strong spatial gradients in physico-chemical conditions. Bacterioplankton play a central role in these systems, driving the fluxes of carbon and energy, and being central for contaminant removal in human-impacted areas. Most studies on bacterioplankton dynamics have been carried out in temperate estuaries, and they show that salinity is a major factor driving bacterioplankton distribution. Tropical estuaries, although largely understudied, experience drastic variations in river discharge between the dry and the rainy seasons, influencing the spatial distribution of the salinity gradient and thus likely impacting bacterioplankton communities. Using Illumina sequencing of the 16S rRNA gene, here we studied bacterial communities from the Nicoya’s Gulf (Costa Rica), a large tropical estuary characterized by high riverine discharge during the rainy season, to explore seasonal changes in the spatial distribution and connectivity of these communities along the Gulf. Our results show pronounced differences in bacterial diversity and community structure between seasons and zones within the estuary (the shallow upper Gulf, the middle zone and the lower zone, located in the marine end of the estuary). Bacterial communities from the different regions were more similar during the rainy season, suggesting a larger degree of microbial connectivity likely driven by the fast water circulation fueled by the riverine discharge. In the dry season, Enterobacteriales and Cyanobacteria dominated bacterial communities, whereas in the rainy season Alphaproteobacteria was the dominant group. These contrasting seasonal trends were consistent with the seasonal variations observed in bacterial assemblages during a year at a single station in the upper region of the Gulf. We conclude that the Gulf is highly dynamic in both the spatial and temporal scale and that bacterioplankton communities are strongly influenced by the riverine and tidal inputs during both seasons. This study sheds light on the sources of variability in the structure of bacterial communities in tropical estuarine systems, an understudied type of aquatic ecosystem, and sets the basis to design further comprehensive studies on their microbial diversity.Los estuarios se encuentran entre los ecosistemas más productivos del mundo y son altamente dinámicos debido a la interacción de agua dulce y agua de mar, lo que resulta en fuertes gradientes espaciales en las condiciones físico-químicas. Bacterioplancton desempeñan un papel central en estos sistemas, impulsando los flujos de carbono y energía, y siendo fundamentales para eliminación de contaminantes en áreas impactadas por el hombre. La mayoría de los estudios sobre la dinámica del bacterioplancton se han realizado en estuarios templados, y muestran que la salinidad es un factor importante que impulsa la distribución del bacterioplancton. Los estuarios tropicales, aunque poco estudiados, experimentan variaciones drásticas en la descarga de los ríos entre los las estaciones seca y lluviosa, lo que influye en la distribución espacial del gradiente de salinidad y, por lo tanto, probablemente impacta comunidades de bacterioplancton. Utilizando la secuenciación de Illumina del gen 16S rRNA, aquí estudiamos bacterias comunidades del Golfo de Nicoya (Costa Rica), un gran estuario tropical caracterizado por altas riberas descarga durante la temporada de lluvias, para explorar los cambios estacionales en la distribución espacial y la conectividad de estas comunidades a lo largo del Golfo. Nuestros resultados muestran diferencias pronunciadas en la diversidad bacteriana y la comunidad. estructura entre estaciones y zonas dentro del estuario (el alto Golfo poco profundo, la zona media y la parte baja zona, situada en el extremo marino de la ría). Las comunidades bacterianas de las diferentes regiones fueron más similar durante la temporada de lluvias, lo que sugiere un mayor grado de conectividad microbiana probablemente impulsada por la rápida circulación del agua impulsada por la descarga fluvial. En la estación seca, Enterobacterias y Cianobacterias Las comunidades bacterianas dominaron, mientras que en la temporada de lluvias Alphaproteobacteria fue el grupo dominante. Estas tendencias estacionales contrastantes fueron consistentes con las variaciones estacionales observadas en los conjuntos bacterianos. durante un año en una sola estación en la región superior del Golfo. Concluimos que el Golfo es altamente dinámico en tanto en la escala espacial como temporal y que las comunidades de bacterioplancton están fuertemente influenciadas por la aportes fluviales y de marea durante ambas estaciones. Este estudio arroja luz sobre las fuentes de variabilidad en la estructura. de comunidades bacterianas en sistemas estuarinos tropicales, un tipo de ecosistema acuático poco estudiado, y establece el base para diseñar nuevos estudios exhaustivos sobre su diversidad microbiana.