Metagenomic analysis to understand the microbial community dynamics in Suyeong River, Busan

Abstract

As it is influenced by numerous biological and the abiotic factors including oxygen, water temperature, salinity, and nutrients, a microbial community represents the aquatic environment, which can be further used as the indicator of water quality. Suyeong River is the second longest river in Busan through which a considerable amount of living and industrial sewage mixed and flow to the coastal waters influencing the water quality in the nearby Haeundae and Gwangalli beaches. In order to understand microbial community dyanamics in Suyeong River, we collected water samples from five stations, which covers the most upstream, Hoidong Reservoir, to the Gwangalli beach, from Dec. 2016 to Sep. 2017. The environmental parameters such as DIN (Nitrite (NO2--N), Nitrate (NO3--N), Ammonium (NH4--N)), DIN (Phosphate (PO43--P)), Silicate (SiO44-) and Chlorophyll - a were measured to know the changes in abiotic factors. All nutrient concentrations in March and April 2017 were the lowest. Phytoplankton and total microbial community structures were analyzed by the Miseq platform using 23S universal primers and 16S universal primers, respectively. As the result of 16S universal primer set, total 692,427 OTUs were obtained at 97 % nucleotide sequence identity in which OTUs in Proteobacteria were most abundant followed by Bacteroidetes, Foraminifera, Tenericutes. As the result of 23S universal primer set, total 2,868,271 OTUs were obtained at 98 % nucleotide sequence identity in which Cryptophyta were most abundant followed by Bacillariophyta, Miozoa, Chlorophyta. This study showed that there was changed microbial community in the spatial variation and environment parameter. In conclusion, we expected to understand that the microbial community may provide basic information, and a long-term survey should be made to understand the various environmental events occur including algal bloom, microbial community, and abundance.

미생물 군집은 수많은 생물학적 요인과 산소, 수온, 염분, 영양염 등과 같은 비생물적 요인의 영향을 받고 있기 때문에 수생 환경을 나타내며 수질의 지표로 사용될 수 있다. 수영 강은 부산에서 두 번째로 긴 강으로 주변 해역인 해운대 해수욕장과 광안리 해수욕장에 상당한 양의 생활 하수 및 공업 폐수가 섞여 흘러 들어가면서 수질에 영향을 미친다. 수영강의 미생물 군집 변화를 이해하기 위해 2016년 12월부터 2017년 9월까지 상류인 회동저수지에서 광안리 바다까지 5개 정점에서 채취한 물을 시료로 사용하였다. 비생물적 요인의 변화를 알기 위하여 DIN (Nitrite, Nitrate, Ammonium), DIP(Phosphate), Silicate와 Chlorophyll - a 를 측정하였다. 2017년 3월과 4월에 모든 영양염의 농도가 가장 낮았다. 식물 플랑크톤 및 총 미생물 군집 구조를 23S 유니버셜 프라이머 및 16S 유니버셜 프라이머를 각각 사용하여 Miseq 플랫폼에 의해 분석했다. 16S 유니버셜 프라이머 세트는 97% 뉴클레오타이드 서열로 얻은 결과 총 692,427 개의 OUT중 Proteobacteria의 OUT가 가장 풍부하였고, Bacteroidetes, Foraminifera 그리고 Tenericutes가 그 뒤를 이었다. 23S 유니버셜 프라이머 세트는 98% 뉴클레오타이드 서열로 얻은 결과 총 2,868,271 개의 OUT 중 Cryptophyta가 가장 높았고 Bacillariophyta, Miozoa 그리고 Chlorophyta가 그 뒤를 있는다. 이 연구에서는 미생물 군집이 공간적 변화 및 환경 변수에 의해 변화하는 것을 알 수 있다. 결론적으로, 우리는 미생물 군집의 기초 정보를 제공 할 수 있을 것을 기대하고, 조류 대발생, 미생물 군집, 그리고 풍부도를 포함하는 다양한 환경적 사건이 발생했는지 이해하기 위해서는 장기간의 조사가 이루어져야 한다.