Genome-resolved metagenomics provides insights into polar microbial community composition, diversity and functional potential related to greenhouse gas cycling

• Main Author: Rutanen, Aino
• Other Authors: Helsingin yliopisto, Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta, Elintarvike- ja ravitsemustieteiden osasto, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Nutrition, Helsingfors universitet, Agrikultur- och forstvetenskapliga fakulteten, Avdelningen för livsmedels- och näringsvetenskaper
• Format: Master Thesis
• Language: English
• Published: Helsingin yliopisto 2020
• Subjects: metagenomics; genome-resolved metagenomics; microbial communities; functional potential; global warming; greenhouse gases; carbon dioxide; methane; nitrous oxide; subarctic; metagenomiikka; mikrobiyhteisöt; toiminnallinen potentiaali; ilmaston lämpeneminen; kasvihuonekaasut; hiilidioksidi; metaani; dityppioksidi; subarktinen; Mikrobiologia; Microbiology; Mikrobiologi; Arktis*; Subarctic
• Online Access: http://hdl.handle.net/10138/320320

Nyt käynnissä oleva ilmaston lämpeneminen, joka on syntynyt kasvihuonekaasujen lämmittävän vaikutuksen vuoksi, aiheuttaa ikiroudan sulamista. Tämä voi muuttaa arktiset ekosysteemit valtavista hiilinieluista mahdollisiksi kasvihuonekaasujen päästölähteiksi, kun mikrobien aineenvaihdunta kiihtyy johtaen aiemmin suurimmaksi osaksi saavuttamattomissa ikiroudassa olevien hiiliyhdisteiden hajotukseen. Mikrobit voivat aineenvaihdunnallaan myötävaikuttaa merkittävästi kasvihuonekaasujen hiilidioksidi (CO2), metaani (CH4) ja dityppioksidi (N2O) päästömääriin, minkä vuoksi tarvitaan arktisten alueiden mikrobien aineenvaihduntaan keskittyviä lisätutkimuksia. Metagenomiikka, joka tutkii kaikkea ympäristönäytteestä eristettyä DNA:ta, mahdollistaa sellaistenkin mikrobien tutkimisen, joita ei voida eristää ja tutkia perinteisillä menetelmillä tuntemattomien tai erittäin monimutkaisten kasvuvaatimusten vuoksi. Toiminnallisuus voidaan yhdistää mikrobilajiin hyödyntämällä metagenomiikan haaraa, jossa metagenomisesta aineistosta rakennetaan genomeja. Tutkimukseni tavoitteena oli tutkia subarktisen alueen mikrobiyhteisön koostumusta, monimuotoisuutta ja kasvihuonekaasujen kiertoon liittyvää toiminnallista potentiaalia rakentamalla genomeja metagenomisesta aineistosta. Maaperänäytteet otettiin Rásttigáisá-tunturilla, joka sijaitsee Pohjois-Norjassa. DNA:n eristyksen jälkeen kymmenen maaperänäytettä, joiden orgaanisen aineksen osuus oli alhainen, sekvensoitiin. Genomeja rakennettiin joko ihmisavusteisen ja automatisoidun ohjelman yhdistelmällä tai ainoastaan ihmisavusteisesti, jonka jälkeen genomien taksonomia ja toiminnallinen potentiaali määritettiin. Sain rakennettua kymmeniä hyvälaatuisia genomeja, joista useat kuuluivat lähes tuntemattomiin pääjaksoihin Dormibacterota (aiemmin kandidaattipääjakso AD3) ja Eremiobacterota (aiemmin kandidaattipääjakso WPS-2). Sain rakennettua genomeja myös seuraavista pääjaksoista: Acidobacteriota, Actinobacteriota, Chloroflexota, Gemmatimonadota, Proteobacteria ja Verrucomicrobiota. ...