Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

286

COMPARISON OF MICROBIAL COMMUNITY COMPOSITION FROM DIFFERENT SEDIMENTS 

OF THE EASTERN MEDITERRANEAN SEA USING T-RFLP, DGGE AND PLFA ANALYSIS

Paraskevi N. Polymenakou

1, 3*

, Stefan Bertilsson

2

, Anastasios Tselepides

1

, Euripides G. Stephanou

3

1

Institute of Marine Biology of Crete, Old American Base of Gournes, Heraklion Crete, Greece - * polymen@imbc.gr; ttse@imbc.gr

2

Department of Limnology, Evolutionary Biology Center, Uppsala University, Uppsala, Sweden - stebe@ebc.uu.se

3

ECPL, Chemistry Department, University of Crete, Heraklion Crete, Greece - stephanou@chemistry.uoc.gr

Abstract

The distribution of complex marine bacterial communities in different sediments of the Eastern Mediterranean Sea was investigated by

denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE), terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) and phospholipid-linked

fatty acid (PLFA) fingerprinting methods. Dendrograms derived from DGGE, T-RFLP and PLFA profiles were significantly different. The

DGGE derived dendrogram groups the North (Thermaikos Gulf) and South (Cretan Sea, Ionian Sea, Levantine Sea) sampling sites,

whereas T-RFLP analysis indicates differences between shallow and deep sea sediments. However, PLFA analysis placed the shallow

Therm30 station from the North within the deep Southern cluster of stations. 

Keywords: DGGE, T-RFLP, PLFA, Eastern Mediterranean Sea, sediments

The eastern Mediterranean Basin is considered to be one of the

most oligotrophic regions in the world with an overall nutrient deficit

(1). The areas under investigation (Thermaikos Gulf, Cretan, South

Ionian and Levantine Sea) are characterized by persistent

geomorphological, hydrographic and meteorological features (1-3),

which affect the distribution of nutrients and organic matter

production in the euphotic zone and eventually its propagation to the

ocean ?oor to fuel benthic communities (4). 

Within the benthic community, bacteria are significant due to their

key role in regulating the biogeochemical cycles of the major organic

elements (carbon, nitrogen, oxygen and sulfur). The role of sediments

in regulating microbial community composition is poorly known.

Hence, sediment samples from a variety of environments (Thermaikos

Gulf, Cretan Sea, Levantine Sea and the deep South Ionian Sea) were

chosen for the analysis of microbial communities by performing three

different culture independent fingerprinting techniques (i.e. the

DGGE, T-RFLP based on 16S rRNA amplification and PLFA

analyses). 

The dendrogram derived from the DGGE analysis displayed two

distinct clusters (Fig.1a). The first cluster contained all the samples

from Thermaikos Gulf and was grouped far from the other cluster,

indicating that the largest shift in community composition occurred

with sampling location. High similarity was obtained between the

Thermaikos Gulf stations (77.78 – 95.24 % similarity) indicating that

this region contained very similar bacterial populations which differ

significantly from the sampling sites in the South. These stations were

found internally similar (40 – 85.41 % similarity).

However, the T-RFLP fingerprinting technique produced a different

set of clusters compared to the DGGE method (Fig.1b). The first

cluster contained all the shallow stations from Thermaikos Gulf and

Cretan Sea. The samples from Thermaikos Gulf show high similarity

(52.63 – 68.42 %); however, station Therm30 is clustered together

with station Creta-2 indicating the similarity of bacterial composition

between these geographically distinct sampling sites.

The total PLFA content in the sediments averaged 95.70 – 2293.93

ng/g dry weight of sediment and it is almost three times lower

compared to other environments probably due to the low organic

carbon content (5, 6). The highest similarity value was recorded from

Thermaikos Gulf (94.84% similarity between stations Therm27 and

Therm38) and the lowest between the South Ionian Sea and

Thermaikos Gulf (30.98% similarity between stations S.Ionian-B and

Therm17). 

DGGE and T-RFLP analyses demonstrated that the community

structure changed with sampling location and depth, respectively.

DGGE profiles were simpler than those of T-RFLP, indicating the

slightly higher resolution of the T-RFLP fingerprinting technique.

However, PLFA analysis shows a completely different profile. The

complexity of the bottom geomorphology and the local hydrological

features of the different sampling sites, can explain the structural

shifts of the microbial community. Therefore, depending on the

questions posed and the complexity of the environment under

investigation, a number of different fingerprinting techniques must be

applied to assess the whole or viable bacterial community

composition. 

Fig. 1. Cluster analysis dendrograms from the different surface sediment

samples taken in the Eastern Mediterranean Sea based on comparison of

a) DGGE patterns b) T-RFLP patterns.

References

1-Tselepides A., Zervakis V., Polychronaki T., Danovaro R., and Chronis

G., 2000a. Distribution of nutrients and particulate organic matter in

relation to the prevailing hydrographic features of the Cretan Sea (NE

Mediterranean). Prog. Oceanogr., 46: 113-142. 

2-Lascaratos A., Roether W., Nittis K., and Klein B., 1999. Recent

changes in deep water formation and spreading in the eastern

Mediterranean Sea: a review. Prog. Oceanogr.,44: 5-36.

3-Balopoulos E.Th., Theocharis A., Kontoyiannis H., Varnavas S.,

Voutsinou-Taliadouri F., Iona A., Souvermezoglou A., Ignatiades L.,

Gotsis-Skretas O., Pavlidou A., 1999. Major advances in the

oceanography of the southern Aegean Sea-Cretan Straits system (Eastern

Mediterranean). Prog. Oceanogr.,44: 109-130.

4-Tselepides A., Polychronaki T., Marrale D., Akoumianaki I.,

Dell’Anno A., Pusceddu A., and Danovaro R., 2000b. Organic matter

composition of the continental shelf and bathyal sediments of the Cretan

Sea. Prog. Oceanogr., 46: 311-344.

5-Guezennec J., and Fiala-Medioni A., 1996. Bacterial abundance and

diversity in the Barbados Trench determined by phospholipid analysis.

FEMS Microbiol. Ecol.,19: 83-93.

6-Bowman J.P., McCammon S.A., Gibson J.A.E., Robertson L., and

Nichols P.D., 2003. Prokaryotic metabolic activity and community

structure in Antarctic continental shelf sediments. Appl. Environ.

Microbiol., 69: 2448-2462.