Population Analysis of Viruses in the South Sea using Virus DNA Polymerase Gene and Major Capsid Protein Gene

Abstract

해양에 존재하는 바이러스는 가장 많은 개체수를 가지는 생물군이다. 그러나 바이러스 연구에 필요한 숙주세포의 배양이 어렵기 때문에 바이러스의 유전적 다양성과 새로운 바이러스의 순수분리 연구는 어려움이 있다. 따라서 DNA에 기초한 여러 실험 기술들이 해양바이러스 연구를 위해 개발되어 이러한 어려움 점들을 극복해 나가고 있다. 이 새로운 기술 중의 하나는 metagenomics로서, 시료가 속해 있는 환경에서 직접 시료의 유전자를 추출하여 분석하는 배양이 필요하지 않는 기술이다. 바이러스의 다양성 연구에 대한 또 다른 접근 방법은 PCR로 증폭된 DNA 조각을 분석하는 것이다. 본 연구에서는 남해안 일대 표층수의 해양 조류 바이러스의 존재와 다양성 연구를 위하여 바이러스 DNA 중합효소와 주 외피 단백질 유전자를 PCR로 증폭하여 이를 분석하였다. 실험에 필요한 많은 양의 바이러스를 얻기 위하여 충분한 해수에서 바이러스와 비슷한 크기의 입자를 초여과 시스템으로 획득하였다. 시료는 남해안 일대 다섯 지역에서 수집하였으며, 그 중 한 지점에서는 다른 날짜에 세 번 수집하였다. 바이러스의 DNA 중합효소와 주 외피 단백질 유전자에 특이적인 primer를 이용하여 PCR을 수행한 결과 각각 550bp에서 700bp 그리고 350bp에서 550bp의 크기를 가진 DNA를 얻었다. 이 DNA 중합효소와 주 외피 단백질 유전자를 가진 clone을 각각 332개와 366개 획득하였고, 그 중 147 (44%) 개와 326 (89%) 개의 clone은 기존에 밝혀진 바이러스의 DNA 중합효소와 주 외피 단백질 유전자와 매우 유사하였다. 이 clone들은 각각 23개와 41개의 소단위로 분류되었다. DNA 중합효소와 주 외피 단백질 유전자를 가진 clone들 중에서 대부분의 유사성을 나타내는 것은 Phycodnaviridae에 속하는 바이러스의 유전자인 것으로 확인되었다. 각 지역에서 얻은 바이러스 유전자를 이용하여 바이러스의 다양성과 존재량을 분석한 결과 남해안 해수에 존재하는 바이러스 집단의 지역과 시간에 따른 급격한 변화를 확인하였다.

Viruses are the most common biological entities in the marine environment. However, because of difficulties in the culture of host organisms studies on the genetic diversity and isolation of unrevealed viruses are limited. Therefore, several DNA-based technologies for marine viruses have been developed to overcome the limitation. One of these new technologies is metagenomics, which is the culture-independent analysis of the genomes extracted directly from environmental samples. Another approach in marine viruses diversity study is analysis of DNA fragment amplified by polymerase chain reaction. In this study, the presence and diversity of marine algal viruses around the southern coast surface seawater was analyzed by PCR amplification of algal virus DNA polymerase gene and major capsid proteins gene. In order to obtain large quantities of viruses, virus-sized particles in sufficient seawater were concentrated using ultrafiltration. Samples were collected from 5 locations in southern coast including three sampling from one location. The primer sets produced about 550 bp to 700 bp and 350 bp to 550 bp amplicons for the DNA polymerase gene and major capsid protein gene, respectively. Among 332 and 366 clones of DNA polymerase gene and major capsid protein gene fragments, 147(44%) and 326(89%) clones showed significantly similarity to previously reported viral DNA polymerase gene and major capsid protein gene, respectively. These clones were separated into 23 and 41 groups. In both of the DNA polymerase gene and major capsid protein gene clones, the most significant hits were observed with the corresponding gene of the Phycodnaviridae. Analysis of diversity and abundance of each sequences for each sample showed dynamic changes of virus population in seawater of southern coast.