Balık gölü (19 Mayıs, Samsun) siyanobakteri komünitesinin mevsimsel biyoçeşitliliğinin metagenomik analizi

Abstract

Bu çalışmada Balık Gölü (19 Mayıs, Samsun) siyanobakteri komünitesinin biyoçeşitliliğinin metagenomik bir yaklaşımla mevsimsel analizi amaçlanmıştır. Gölün orta kısımındaki bir istasyondan dört mevsim boyunca yüzey altı ve 2 m derinden su örnekleri alınmış, bu su örneklerinden toplam DNA izolasyonu geçekleştirilmiştir. Elde edilen bu çevresel DNA kalıp olarak kullanılarak siyanobakteri 16S rRNA geninin V2-V4 bölgelerini içine alan kısmı siyanobakteri spesifik bir primer çifti ile çoğaltılmıştır. Her dört mevsimde ve her iki derinlikten elde edilen çevresel DNA'lardan amplikonlar elde edilmiştir. Böylece siyanobakteri komünitesinin bütün mevsimlerde ve her iki derinlikte de temsil edildiği değerlendirilmiştir. Temsil edilen bireylerin kimliklerinin belirlenmesi ve filogenetik ilişkilerinin analizi için her bir mevsime ait yüzey altı amplikonları rastgele klonlanarak fragmentler izole bir şekilde elde edilmiştir. Her bir mevsim için çok sayıda klon arasında 20'şer adet klon seçilerek taşıdıkları fragmentlerin baz dizisi belirlenmiştir. Bu dizilerin veritabanlarındaki siyanobakteriyel suşlara ait dizilerle homologluğu araştırılmıştır. Bu analizler sonucunda kış mevsimine ait 12, ilkbahara ait 16, yaza ait 18 ve sonbahara ait 18 fragmente ait dizinin siyanobakteriyel orijinli olduğu belirlenmiştir. Standart siyanobakteri 16S rRNA geni ile karşılaştırıldığında fragmentlerin yüksek düzeyde homoloji gösterdikleri belirlenmiştir. Dizisi belirlenen 64 fragmentten 60'ının altbölüm I ve altbölüm IV'e dahil oldukları belirlenmiştir. Alt bölüm III sadece tek bir diziyle sadece sonbahar mevsiminde temsil edilmiştir. Sonbahar mevsimine ait 3 dizi ise diatom kloroplast 16S rRNA geni ile homoloji göstermiştir. Bu durumda biyolojik çeşitliliğin en zengin olduğu mevsimin sonbahar olduğu değerlendirilmiştir. Kış mevsiminde altbölüm IV üyeleri daha baskın iken ilbahar ve sonbaharda altbölüm I üyeleri daha baskın hale gelmektedir. Yaz mevsiminde ise bu iki altbölüme ait üyeler eşit sayıda temsil edilmektedir. Her mevsime ait kısmi 16S rRNA geni dizlerinin analizleriyle elde edilen filogenetik ağaçta genel olarak aynı altbölüme ait dizilerin birlikte kümelendikleri görülmektedir. Diatom kloroplast 16S rRNA gen dizileri de ayrı bir filogenetik grup olarak kümelenmiştir. Ancak bazı altbölüm I üyelerinin, siyanobakteriyel filogenetik ağaçlarda sıklıkla görüldüğü gibi, altbölüm IV üyelerine daha yakın kümelendiği durumlar da gözlenmiştir.

In this study, it was aimed at the seasonal analysis of the biodiversity of cyanobacterial community in Balık Gölü (19 Mayıs, Samsun) with a metagenomic approach. Water samples were taken from a station located at the middle of the lake from the subsuface and from 2 m dept, and total environmental DNA isolations were carried out from these samples. A part of cyanobacyerial 16S rRNA gene comprising V2-V4 region was amplified by using these environmentel DNAs as templete and a cyanobacteria specific primer pair. Amplicons were obtained from the environmental DNAs from both the depts and from all the seasons. Thus it was evaluated that cyanobacterial community were represented in both the depts and in all the seasons. The amplicons obtained from subsurface DNAs of four seasons were cloned randomly and individual fragments were isolated for determination of the indetity of represented individuals and for analysis of their phylogenetic relationships. For each season 20 of numerous clones were selected randomly and their nucleotide sequences were determined. Homology of these sequences were found by comparing with the sequences of cyanobacterial 16s rRNA genes previously deposited in databases. Based on these analyses 12 fragments from the winter, 16 from the spring, 18 from the summer and 18 from the autumn were found to posses cyanobacterial origin. The fragments were found to exhibit higher levels of homology (identity) with the 16S rRNA genes of standard cyanobacterial strains. Of the 60 in a total of 64 sequenced fragments were obtained to be included in the subsection I and subsection IV. The subsection III was represented with a single fragment only in autumn. In autumn 3 fragments were exibit homology with diatome chloroplastitic 16S rRNA gene. According to the results the autumn was concluded as the season with the richest biodiversity. Subsection IV was predominat in the winter while subsection I became dominant in the spring and in the autumn. The members of both the subsection I and IV were represented in the summer equally. It was also seen that the sequences of the same subsection were largely clustered together in the phylogenetic tree constructed from the partial sequences of 16S rRNA gene obtained from cloned fragments of each of the seasons. Diatom chloroplast 16S rRNA sequences were also clustered as a separate phylogenetic group. However some sequences of subsection I were observed to cluster more closely to the members of subsection IV as often seen in cyanobacterial phylogenetic trees.