Akgöl gölünde (Terme, Samsun) toksin üreten siyanobakteri komünitesinin metagenomik analizi

Abstract

Bu çalışmada bir tatlısu rezervi olan Akgöl gölündeki toksin üreten siyanobakteri komünitesi metagenomik bir yaklaşımla araştırılmıştır. İndikatör gen bölgeleri çevresel DNA'dan çoğaltılmış, amplikonlar rastgele klonlanarak nükleotit dizileri belirlenmiş ve filogenetik analizleri gerçekleştirilmiştir. Göl su kütlesinin yüzeyaltı tabakasından örnekler alınmış, süzülerek hasat edilen hücre kütlesinden çevresel DNA izole edilmiştir. Çevresel DNA hedef DNA bölgelerinin PCR amplifikasyon çalışmalarında kalıp DNA olarak kullanılmıştır. Öncelikle siyanobakteriler için evrensel primerler kullanılarak 16S rDNA bölgesinin amplifikasyonu yapılarak siyanobakteri komünitesi üyelerinin mevcudiyeti taranmıştır. Yaz ayları ve erken güz aylarında siyanobakterilerin mevcut olduğu belirlenmiş diğer aylarda ise belirlenememiştir. Spesifik 16S rDNA primerleri ile yürütülen PCR amplifikasyonu sonuçları, siyanobakterilerin mevcut olduğu zaman periyodunda Microcystis spp. üyelerinin bol olarak temsil edildiğini göstermiştir. Microcystis spp. üyelerinin arasında toksin üretenlerin olup olmadığı mikrosistin gen kümesinin iki üyesi olan mcyB ve mcyD genlerinin belli bölgelerinin amplifikasyon testi ile belirlenmiştir. Siyanobakterilerin temsil edildiği yılın bütün aylarında mikrosistin genlerinin ve dolayısıyla toksigenik bireylerin mevcut olduğu belirlenmiştir. Toksigenik Microcystis spp. üyelerinin genotipik çeşitliliğini belirlemek üzere ağustos ve eylül ayları mcyB gen amplikonları rastgele klonlanarak belli sayıda klonun baz dizisi belirlenmiştir. Bu dizilerin filogenetik analizleri toksigenik üyelerin oldukça homojen olduğu ve büyük olasılıkla aynı tür veya tür altı grubun üyeleri olduğunu göstermiştir. Ağustos ayı çevresel DNA'sından spesifik primerler kullanılarak elde edilen, rastgele klonlanan ve dizilenen rpoC1 ve cpcBA bölgelerinin filogenetik analizleri genel siyanobakteriyel çesitliliğin toksigenik Microcystis spp. üyelerine göre daha fazla olduğuna işaret etmektedir. Sonuç olarak Akgöl gölünde daha baskın olarak toksigenik Microcystis spp. üyeleri yaygındır. Göl suyu, özellikle yaz aylarında herhangi bir şekilde temas eden organizmaları olumsuz olarak etkileme potansiyeline sahiptir.

In this study, toxin producing cyanobacterial community in a freshwater reservoir Akgöl Lake was investigated with a metagenomics approach. Indicator gene regions were amplified from environmental DNA, amplicons were cloned randomly and individual clones were sequenced and than subjected to phylogenetic analyses. Water samples were collected from subsurface of the lake water column and environmental DNA was isolated from the cell mass yielded by filtration of the samples. Environmental DNA was used as template for PCR amplification of target DNA regions. Firstly, presence of cyanobacterial community members was detected by 16S rDNA amplification using cyanobacterial universal primers. Cyanobacterial presence was found in the months of summer and early autumn but could not found in the other months of the year. The results of PCR amplifications performed with specific 16S rDNA primers showed that Microcystis spp. members was also present abundantly during the period in which cyanobacteria were present. Specific parts of mcyB and mcyD genes which are members of microcystin gene cluster were amplified to find whether toxigenic groups were existed among Microcystis spp. members. Microcystin genes and hence toxigenic members were found to be present in all months of the year cyanobacteria were existed. To determine genotypic diversity of toxigenic Microcystis spp. members, mcyB fragments amplified from August environmental DNA were cloned randomly and certain number of clones were sequenced. Phylogenetic analyses of these sequences were found to be highly homologous and were indicated to the all be in same species or subspecies groups. Phylogenetic analyses conducted on rpoC1 and cpcBA, which were amplified from August environmental DNA, cloned randomly and sequenced, indicated that cyanobacterial diversity in general was greater than toxigenic Microcystis spp. members. In conclusion toxigenic Microcystis spp. members are predominantly widespread in Akgöl Lake. The water of the lake has a potentially hazardous impacts on the organisms anyhow contacted to the water especially in summer.