title: Comparing host DNA depletion methods for seagrass leaf microbiome analysis
Creators: name: Eckensperger, Stefan
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Seegräser sind Meerespflanzen. Als Schlüsselarten bilden sie ein Habitat für andere Organismen. Wie bei allen Pflanzen leben auf ihnen auch Mikroorganismen, die eine essentielle Rolle für ihr Überleben spielen. Die Vielfalt des Mikrobioms zu untersuchen ist essentiell, um seine Rolle zu verstehen. Dies wird aber durch die großen Mengen von Host-DNA in Proben erschwert, da diese die mikrobielle DNA übertönen. Es gibt verschiedene Methoden, die Host-DNA reduzieren. Diese Kits wurden aber für menschliche Proben optimiert und nicht auf anderen getestet. Ich habe zwei unterschiedliche Methoden ausprobiert, um die Repräsentation von Prokaryoten zu erhöhen: 1.) kommerziell erhältliche Peptid-Nukleinsäure-PCR-Blocker, und 2.) kommerziell erhältliche Kits, die entwickelt wurden, um Host DNA zu entfernen. Der Erfolg dieser Methoden wurde mittels Sequenzierung des 16S rRNA-Gens überprüft. Dabei wurden signifikante Unterschiede in den erzielten Mikroben-Host-Verhältnissen entdeckt. Es gab auch Unterschiede in der vorhandenen Menge von mitochondrialen und Chloroplasten-Sequenzen, was auf unterschiedliche Effizienz der Methoden bei deren Entfernung hindeutet. Als die beste Methode zur Maximierung des Mikroben-Host-Verhältnisses habe ich den QIAamp Kit identifiziert, der aber auch Grenzen hat. Trotzdem empfehle ich diesen Kit zur Sequenzierung des Metagenoms von Seegrasblättern. Schon aus meinen Ergebnissen war es möglich, Einsicht in das Seegrasblattmikrobiom zu gewinnen. Sie zeigten Organismen, die noch nie auf Seegras gefunden worden waren. Diese Mikroorganismen spielen eine wichtige Rolle für andere Meerespflanzen, unter anderem schützen sie sie vor Krankheiten und helfen bei der Makronährstoffgewinnung. Diese Studie ist die erste Vergleichsstudie über Host-DNA-Entfernung in Pflanzen, sie etabliert ein Protokoll, das auch über Seegras hinaus angewandt werden könnte.
description: Seagrasses are marine plants that are cornerstone species in their ecosystems, creating a habitat for other organisms. Like all plants, they host microbes integral to their ecology. Investigating the diversity of any microbiome is essential to understanding its role. However, this is challenging due to large amounts of host DNA, which obscure prokaryotic DNA. Various methods are available to deplete this host DNA. Most of these methods were optimised for human samples and have not been tested on other samples. I tested two main methods of increasing the representation of prokaryotes: 1.) commercially available peptide nucleic acid PCR blockers, and 2.) commercially available DNA extraction kits designed to remove host DNA. The success of these was assessed by sequencing of 16S rRNA genes, which revealed significant differences in the resulting microbe:host sequence ratios. There were also differences in the representation of mitochondrial vs chloroplast sequences, which might indicate different efficiencies of the kits in removing these. I identified the QIAamp kit as the best method for maximizing the microbe:host ratio in 16S rRNA gene amplicon sequencing, even though it has its limitations. I recommend using this kit for metagenome sequencing of the seagrass leaf microbiome. Already, my results provided insight into the leaf microbiome, revealing microorganisms previously undetected on seagrass leaves. These microorganisms are known to play significant roles in other marine plants, including disease protection and macronutrient acquisition. This study represents the first comparative analysis of host depletion in plants, establishing a protocol that could be applicable beyond seagrasses.