Metagenomik yaklaşım ile Tuz gölündeki alg, bakteri ve arke çeşitliliğinin araştırılması
The investigation of algal, bacterial and archaeal diversity in Salt lake with a metagenomic approach
Yazar: SUZAN ŞAHİN DOĞAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYTAÇ KOCABAŞ
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Biyoinformatik = Bioinformatics ; Hipersalin sular = Hypersaline waters ; Metagenomik = Metagenomics ; Tuz Gölü = Salt Lake

Özet:
Tuz Gölü %32 (a/h) tuz oranına ve yaklaşık nötral pH'a sahip olan, Türkiye'nin ikinci büyük gölüdür. Bu çalışma ile Tuz Gölü'nde metagenomik yaklaşım ile geleneksel kültür yöntemleriyle incelenemeyen ekstrem ortamlara uyum sağlamış mikrobiyal toplulukların kültüre edilmeksizin incelenerek bakteriler, arkeler ve algler gibi mikrobiyal çeşitlilik ve fonksiyonel genlerin belirlenmesi, biyoçeşitlilik ve metabolik fonksiyonlarının nasıl değiştiği ve çevresel faktörlerle ilişkisinin araştırılması amaçlanmaktadır. Tuz Gölü'nde belirlenen istasyonlardan 13 ay boyunca su örnekleri alınıp membran filtrasyon cihazıyla filtre edildikten sonra fenol-klorofom yöntemi ile DNA izolasyonu yapılmıştır. DNA örneklerinin yeni nesil sekanslaması sonucu elde edilen 16S ve 18S rDNA okumalarının QIIME2 aracı kullanılarak biyoinformatik analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca PICRUSt2 aracı ile dizilerin fonksiyonel profili çıkarılmıştır. Metagenomik analiz sonucu Tuz Gölü'ndeki tüm arke popülasyonun Euryarchaeota ve Nanoarchaeaeota filumlarına ait olduğu görülmüştür. En bol ve çeşitli bakteriyel filum Bacteroidetes ve Proteobacteria olarak bulunmuştur. Yaygın arke türleri olarak Haloquadratum (%34), Haloparvum (%31), Halonotius (%7), Halorubrum (%3), Halapricum (%2), Halobellus (%3), Natronomonas (%1), Halococcus (%1) ve Halobacterium (%1) bulunmuştur. Salinibacter (%3), kültüre edilmemiş mikroorganizma (%1), Pseudomonas (<%1), Arhodomonas (<%1), Halorhodospira (<%1) ve Chromobacterium (<%1) cins düzeyindeki en yaygın bakterileri temsil etmektedir. Taksonomik analiz sonucu %10'luk arkeal ve bakteriyel çeşitlilik herhangi bir taksonomik birime atanamamıştır. Ayrıca, ökaryotik komünitenin Archaeplastida, Opisthokonta, Haptophyta, Excavata, Amoebozoa ve SAR (Stramenopiles, Alveolata, Rhizaria) filumlarından oluştuğu görülmüştür. PICRUSt2 ile Tuz Gölü'nde ozmoadaptasyon, rodopsin, biyoremediasyon ve biyojeokimyasal döngülerle ilgili fonksiyonel genler belirlenmiştir. Ayrıca, çevresel faktörler ve mikrobiyal ve metabolik çeşitlilik arasındaki aylık ve mevsimsel potansiyel etkileşimler araştırılmıştır. Sıcaklık, oksijen, tuzluluk ve kuraklık gibi çeşitli çevresel faktörlerin mikrobiyal ve metabolik zenginlik üzerinde önemli etkileri olabileceği tespit edilmiştir.

Abstract:
Tuz Lake, which has a salt rate of 32% (w/v) and around neutral pH, is the second largest lake in Turkey. The aim of this study is to determine the composition of microbial diversity and their functional genes living in extreme environments such as bacteria, archaea, and algae, to investigate how biodiversity as well as functional metagenome changes and their relationship with environmental factors by metagenomic approach in Tuz Lake. Hence, next-generation sequencing and then bioinformatic analysis was used to investigate the microbial structure of halophilic microorganisms in Tuz Lake. After taking the water samples from the stations determined in Tuz Lake for 13 months, the water samples were filtered with a membrane filtration device, and DNA isolation was performed with the phenol-chloroform method. Bioinformatics analyses of 16S and 18S rDNA reads, which were obtained as a result of next-generation sequencing of DNA samples, were performed by the QIIME2 tool. In addition, functional profiles of the sequences were analyzed with the PICRUSt2 tool. Metagenomic analysis of reads revealed that all the archaeal populations in Tuz Lake belonged to the Euryarchaeota and Nanoarchaeaeota phyla. The most abundant and diverse bacterial phyla were Bacteroidetes and Proteobacteria. Haloquadratum (34%), Haloparvum (31%), Halonotius (7%), Halorubrum (3%), Halapricum (2%), Halobellus (3%), Natronomonas (1%), Halococcus (1%), and Halobacterium (1%) were found as the dominant archaeal genera. Salinibacter (3%), uncultured microorganisms (1%), Pseudomonas (<1%), Arhodomonas (<1%), Halorhodospira (<1%), and Chromobacterium (<1%) were the most common genera in bacterial diversity. Also, the eukaryotic community was composed of Archaeplastida, Opisthokonta, Haptophyta, Excavata, Amoebozoa, and SAR (Stramenopiles, Alveolata, Rhizaria) phyla. Functional genes related to osmoadaptation, rhodopsin, bioremediation, and biogeochemical cycles were determined in the samples with PICRUSt2. Monthly and seasonal potential interactions among environmental factors and taxa were investigated. It was detected that several environmental factors such as temperature, salinity, oxygen, and drought might have significant effects on microbial richness.