عنوان پایان‌نامه
ارزیابی متاژنومیک پروکاریوت های منطقه نوری دریای خزر
- رشته تحصیلی
- زیست شناسی علوم میکروبیولوژی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6231;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74344;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6231;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74344
- تاریخ دفاع
- ۱۸ اسفند ۱۳۹۴
- دانشجو
- ملیحه مهرشاد
- استاد راهنما
- محمدعلی آموزگار
- چکیده
- در این پژوهش برای نخستین بار میکروبیوم آب های بخش جنوبی دریای خزر با استفاده از روش متاژنومیک مورد بررسی قرار گرفت. دریای خزر بزرگترین بستر آبی درون سرزمینی است که هیچ گونه ارتباطی با محیط های اقیانوسی نداشته و دارای آب های با شوری ثابت براکیش در محدوده 2/1 تا 1/1 درصد است. استفاده از روش های توالی یابی پر بازده منتج به بررسی ساختار جمعیت میکربی و بازسازی ژنوم های میکرب های شاخص از آب های دریای خزر شد. نمونه برداری از سه عمق متفاوت بالای ترموکلاین (منطقه نوری)، درون ترموکلاین و پایین ترموکلاین در ستون آبی انجام گرفت. بر اساس آنالیز های ژن S rRNA16 ساختار کلی جامعه میکربی (در سطح شاخه) برای هر سه عمق دریای خزر مشابه بود اما تفاوت هایی با ساختار جامعه میکربی در محیط های آبی اقیانوسی و آب شیرین محیط های معتدل قابل مشاهده بود. فراوانی Actinobacteria و Alphaproteobacteria مشابه درصد های مشاهده شده در محیط های آب شیرین بود اما رده های Betaproteobacteria و Gammaproteobacteria فراوانی حد واسط مقادیر مشاهده شده در محیط های آب اقیانوسی و آب شیرین را نشان دادند. ژنوم-های اسمبل شده از توالی های دریای خزر در 12 شاخه میکربی قرار گرفتند. در گروه های Actinobacteria، Alphaproteobacteria، Betaproteobacteria، Gammaproteobacteria، Bacteroidetes، Cyanobacteria، Euryarchaeota و Thaumarchaeota به ترتیب تعداد 12، 10، 5، 6، 16، 3، 2 و 4 ژنوم اسمبل شدند. نتایج رکروتمنت ژنوم های به دست آمده بر علیه متاژنوم مربوط به اعماق مختلف دریای خزر نشان دهنده تفاوت های بارز در سطوح پایین تر تاکسونومیکی در سه عمق مختلف بود که میتواند تحت تاثیر نور و یا دما باشد. توصیف دقیقتر ژنوم های مربوط به شاخه های Actinobacteria و Thaumarchaeota و رده Alphaproteobacteria به عنوان گروه های تاکسونومیکی که اعضای آن از نظر فیلوژنتکی به تغییر درصد شوری در محیط پاسخ می دهند نشان داد که بیشتر ژنوم های جدا شده از دریای خزر متعلق به گروه های معرفی نشده میکربی و بسته به مورد دارای ارتباط نزدیک تر به یکی از گروه های آب شیرین و یا آب اقیانوسی هستند. قرارگیری فیلوژنتیک ژنوم های دریای خزر نشان دهنده مبداء های فیلوژنتیکی چندگانه و مجزای ژنوم های خزر بود که مرتبط با هر دوی گروه های آب شیرین و اقیانوسی است. بررسی های رکروتمنت مقایسه ای با متاژنوم های محیط های آبی کره زمین نشان داد که ژنوم های جدا شده از دریای خزر مربوط به میکروارگانیسم های بومی است. در مورد برخی از ژنوم های دریای خزر رکروتمنت قابل ملاحظه ای از آب های اقیانوسی(Caspian-Alpha1,-10) وآب های شیرین (Caspian-Actino1,-2) مشاهده شد که نشان دهنده حضور این میکروارگانیسم ها در سایر محیط های آبی و وضعیت حد واسط ساختار میکربی دریای خزر است. به علاوه رکروتمنت ژنوم های جدا شده از دیگر محیط های آبی از قبیل Ca.Nitrosopelagicus متعلق به شاخه Thaumarchaeota و Ca.Actinomarina از شاخه Actinobacteria از متاژنوم های دریای خزر نشان-دهنده وجود سطحی از همپوشانی میکروبیوتا بین دریای خزر و سایر محیط های آبی است. برخی از ژنوم های جدا شده از دریای خزر از قبیل Caspian-Alpha1 و Caspian-Actino11 نیز ژنوم های با پراکندگی جغرافیایی و محیطی بسیار بالا در تمامی متاژنوم های براکیش موجود یافت شده و به عنوان ژنوم های مربوط به میکروبیوم براکیش قابل ارائه هستند.
- Abstract
- In this study we present the first metagenomic survey of the microbiome of the Caspian Sea southern basin. Caspian Sea is the largest water body on Earth disconnected from the Ocean and a brackish (1.1-1.2% stable salinity) inland sea. By high throughput metagenomics we were able to study the microbial community structure and reconstruct the genomes of representative microbes of the Caspian Sea. Samples were taken from three different depths of upper thermocline (photic zone), inside thermocline and below thermocline at the water column. Based on 16S rRNA analysis the gross community structure (phylum level) of three depths of the Caspian Sea was similar to each other but different from marine and freshwater typical temperate communities, with freshwater-like amounts of Actinobacteria and Alphaproteobacteria, while Gamma and Betaproteobacteria had intermediate values. We assembled genomes of microbes belonging to 12 different phyla. In different groups of Actinobacteria, Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria,Gammaproteobacteria, Bacteroidetes, Cyanobacteria, Euryarchaeota, and Thaumarchaeota the total number of 12, 10, 5, 6, 16, 3, 2, and 4 genomes were reconstructed and Depth variable recruitment pattern of the genomes in these phyla against Caspian datasets showed a higher differences at the fine taxonomic level which could be related to the differences in light or temperature. Detailed description of partial genomes from Actinobacteria, Thaumarchaea and Alphaproteobacteria as the phyla that respond to the changes in salinity showed that most of the genomes belonged to hitherto unknown groups, although related to either marine or freshwater groups. The phylogenetic placement of Caspian genomes indicates multiple and separate phylogenetic origins and related to both freshwater and marine lineages. Comparative recruitment from global aquatic metagenomes indicated that most Caspian microbes are endemic. However, some Caspian genomes recruited significantly from either marine (Caspian-Alpha1,-10) or freshwater (Caspian-Actino1,-2). Reciprocally, some genomes from other origins such as the marine thaumarchaeon Ca. Nitrosopelagicus or the actinobacterium Ca. Actinomarina recruited from the Caspian, indicating some degree of overlap with the microbiota of other water bodies. Some of these microbes seem to have a remarkably widespread geographic and environmental distribution.Keywords: Caspian Sea, Metagenomics, Brackish, Photic Zone
