Диссертация (1145733), страница 2
Текст из файла (страница 2)
лет(Priscu et al., 2009), экосистемы континентальных водоемов, в том числе и пресноводных озер,отличаются крайне низкой концентрацией питательных веществ. Вследствие чего большинствопресноводных антарктических озер характеризуются упрощенными и укороченными пищевымицепочками(Laybourn-ParryandPearce,2007).Втакихводоемахсуществуютвысокоприспособленные экстремофильные, преимущественно прокариотные реликтовыесообщества микроорганизмов (Нетрусов, 2004).Большой интерес ученых направлен на изучение озерных бактерий как потенциальныхисточников новых необычных высокомолекулярных соединений - низкотемпературныхферментов и антифризовых белков (Laybourn-Parry and Pearce, 2007).Актуальность изучения водной микробиологии пресноводных антарктических озер связанатакже с исследованием биогеохимических циклов, одну из ключевых ролей в которых играютбактерии водной толщи. В связи с этим встает необходимость в определении биоразнообразия исостава бактериальных сообществ в этих экосистемах в сопоставлении с физико-химическимипараметрами среды.В настоящее время, несмотря на резко увеличившийся интерес к подобного родаисследованиям, до сих пор работы в области молекулярной микробиологии антарктическихпресноводных озер представлены в незначительном количестве по сравнению с водоемами болеевысоких широт.
Отчасти это связано как с удаленностью самого континента, так и с суровостьюклимата на нем, что сокращает число мест для расположения полярных станций и, тем самым,существенно ограничивает доступ к озерам.Стоит отметить, что работы, связанные с изучением бактериального разнообразияпресноводных озер в Западной Антарктиде, насчитывают несколько десятков статей, тогда какподобного рода исследования озер Восточной Антарктиды, представлены только в немногихпубликациях (Huang et al., 2013, 2014; Logares et al., 2013; Michaud et al., 2012).Такимобразом,изучениебиоразнообразияиструктурымикробныхсообществантарктических озер вызывает повышенный интерес не только к проблеме функционирования6таких экстремальных экосистем, но и изучению механизмов адаптации и эволюциимикроорганизмов к холоду, а также выявлению новых таксонов (Laybourn-Parry and Pearce, 2007).Помимо этого, данные водные объекты могут служить ключевым звеном в понимании того, какмогут функционировать подобные экосистемы, возможно существующие на других ледовыхпланетах и лунах (Priscu et al., 2009).Цель и задачи исследованияЦель работы – с использованием молекулярно-биологических и филогенетических методовохарактеризовать бактериальное разнообразие оз.
Радок на примере изучения образцовразличных горизонтов водного столба и истока реки Межозерной.В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:1. Сравнение 3-х областей (v3-v5, v4-v8 и полноразмерный ген) генов 16S рРНК,используемых в ПЦР для выявления бактериального разнообразия2.
Изучение и сравнение бактериального разнообразия 4-х горизонтов (от 1 до 367 м)водного столба оз. Радок3. Изучение бактериального разнообразия дополнительного образца (глубина 2 м) в районеистока реки Межозерная4. Культивирование бактерий филума Planctomycetes водного столба оз. РадокНаучная новизнаВпервые методом секвенирования бактериальных генов 16S рРНК выявлено и описанобактериальное разнообразие самого глубокого в Антарктиде поверхностного пресноводногоозера Радок. Впервые для изучения бактериальных сообществ антарктического озера былииспользованы праймерные системы сразу на три различные области гена 16S рРНК(полноразмерного гена, v3-v5 и v4-v8 областей), тогда как в работах других авторов,посвященных микробной молекулярной экологии антарктических озер, использовали не болееодной области данного гена.
Такой подход позволил более широко охарактеризоватьбактериальное разнообразие оз. Радок. Так, впервые благодаря использованию области v4-v8гена 16S рРНК выявленные нами в оз. Радок представители филума Planctomycetes (3 филотипаиз сем. Planctomycetaceae и 1 из сем. Phycisphaeraceae), оказались в числе доминирующихфилумов бактериальных сообществ пресноводных антарктических озер.
Полученные в работепоследовательности генов 16S рРНК депонированы в международную базу данных NCBI подномерами: JF901736–JF901755, KR811200 - KR811209.7Теоретическая и практическая значимостьПолученные результаты расширяют наше представление о составе и разнообразиибактериальных сообществ пресноводных антарктических озер, что способствует пониманиюмеханизмов функционирования и адаптации бактериальных сообществ в течение длительногопериода времени к изменяющимся факторам внешней среды.
Данные экосистемы, практическинеподверженные антропогенному влиянию, служат прекрасной моделью для изучения иотслеживания любых природных изменений, влияющих на бактериальный состав этихделикатных водных объектов.Также показано, что для более полного описания бактериального разнообразия пресноводныхантарктических озер, необходимо использовать как минимум две области гена 16S рРНК, чтонемаловажно, если иметь в виду биотехнологический потенциал этих водоемов.
Чем лучше мыбудем знать их бактериальный состав, тем больше шансов для обнаружения полезных веществ иих применения в промышленности.Апробация работыОсновные материалы работы были представлены на международных и российскихконференциях и симпозиумах: 13-ой и 14-ой Пущинских конференциях молодых ученых“Биология-наука 21-го века” (Пущино, 2009, 2010); ежегодной конференции молодых ученыхОМРБ ПИЯФ им. Б.П.
Константинова РАН (Гатчина, 2009, 2011); VI Молодежной школеконференции с международным участием “Актуальные аспекты современной микробиологии”(Москва, 2010); 5-ая Всероссийская конференция молодых ученых: “Стратегия взаимодействиямикроорганизмов и растений с окружающей средой” (Саратов, 2010); III Всероссийский смеждународным участием конгресс студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз-Россия» (Н.Новгород, 2010); The 4th International conference on Polar and Alpine Microbiology (Ljubljana,Slovenia, 2011); CAREX Conference on Life in Extreme Environments (Dublin, Ireland, 2011); 14thInternational Symposium on Microbial Ecology (Copenhagen, Denmark, 2012); 1-ая Всероссийскаянаучная школа-конференция по Астробиологии (Пущино, Моск.
обл., 2012), II Конференциямолодых учёных и специалистов «КМУС» (Гатчина, 2015).8Положения, выносимые на защиту:1. Во всех изученных горизонтах озера доминирующей группой бактерий оказался видовойкомплекс,состоящийизтрехфилотипов,близкородственныхвиду-кандидату“Candidatus” Planktophila limnetica из Actinobacteria.2. Состав бактериальных сообществ в различных горизонтах значительно варьировал как науровне филумов, так и филотипов, несмотря на однородные физико-химическиехарактеристики водного столба озера.3.
Секвенирование как минимум двух областей (v3-v5 и v4-v8) генов 16S рРНК,амплифицированных в ПЦР, позволяет полнее охарактеризовать бактериальноеразнообразие.4. Из 40 выявленных филотипов 33 оказались новыми неизвестными видами (из них 14филотипов - неидентифицированые).Место проведения работы и сотрудничествоМолекулярно-биологическая и биоинформационная часть работы выполнена в лабораториикриоастробиологии ФГБУ Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова“Курчатовский центр”, Гатчина (зав., к.б.н. С.А. Булат). Процедуры подготовки пробоотбора ипоследующей обработки образцов замороженной воды (плавление, концентрирование и пр.)проводили в сертифицированных по чистоте помещениях (класса 10000 с ламинаром класса 100)лаборатории гляциологии и геофизики окружающей среды (Университет Дж. Фурье, Гренобль,Франция).Отбор проб озерной воды произведен согласно предоставленным инструкциям со всемипредосторожностями против возможнойконтаминацииучастниками50-йРоссийскойантарктической экспедиции: Кузнецовым В.Л., Андреевым М.П.
и Куцурубой А.И. Образцыводы в замороженном состоянии на НИС «Академик Федоров» были доставлены в Гренобль.Клеточные концентрации бактерий определены методом проточной цитофлуориметрии D.Marie на биологической станции в Роскоффе (Франция) как описано ранее (Alekhina et al., 2007).Культивирование микроорганизмов из образцов воды оз. Радок, выполнено И. А. Куличевской(лаб.
микробиологии болотных экосистем, ФГБУ ИНМИ РАН, Москва).Работа выполнена при финансовой поддержке проекта РФФИ 07-04-00646.ПубликацииПо материалам диссертации опубликовано 2 статьи и 8 тезисов.91 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ1.1 АнтарктидаАнтарктический материк почти целиком находится в пределах полярного круга и являетсясамым холодным и сухим континентом на Земле. Топографически, геологически игляциологически он разделен на Восточную и Западную Антарктиду, между которыми проходят,протяженностью около 4000 км, Трансантарктические горы.
Антарктида почти полностьюпокрыта мощным ледниковым щитом, достигающим 4,8 км в толщину и содержащим около 80% запаса всех пресных вод планеты и более 90 % мирового объема льда (Convey, 2013).На основе температурных, климатических и флористических характеристик Антарктикуможно упрощенно разделить на три биогеографические зоны: субантарктика, приморскаяАнтарктида и континентальная Антарктида (Convey, 2013).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
