크기분획된 식물플랑크톤의 군집구조 분석을 위한 분자생물학적 기술의 적용

Abstract

Phytoplankton is responsible for 50% of global primary production through photosynthesis, playing a vital role in the carbon cycle. Therefore, the qualitative and quantitative of the phytoplankton community is essential to understand the biological processes reflecting the different environmental conditions. We here tested the reliability of the molecular biological tools, including qPCR and the high throughput sequencing (HTS), to know if those molecular tools can be an alternative to the laborious traditional observation in analyzing the phytoplankton community from the water samples. First, we conducted a quantitative PCR (qPCR) to quantify the microorganisms (16S universal primers) and phytoplankton (plastid 23S primers) from the water samples. We identified that the copy numbers of both the microorganism and the phytoplankton significantly different by locations and seasons. Second, we analyzed the size-fractioned phytoplankton community using the MiSeq platform to identify the size range of each phytoplankton taxon. We were able to know that the abundance of the phytoplankton taxa changes by time, and its traditional size fractionation was not precisely selective in differentiating phytoplankton taxa. From those results, we were able to know that molecular tools adopted in this study are promising to analyze the phytoplankton taxa for its low cost and labors. However, we also should know that copy numbers of each taxon obtained by qPCR is still far from the direct use for the estimation of its biomass. Therefore, further study should be conducted to transform the copy number by qPCR into the biomass of phytoplankton or microorganisms.

식물플랑크톤은 광합성을 통해서 전 세계 일차 생산의 50%를 담당하고 있으며, 탄소 순환에 중요한 역할을 하고있다. 그러므로 식물플랑크톤 군집에 대한 정성 및 정량 분석은 생물학적 과정을 이해하는 데 필수적이다. 우리는 물 샘플에 존재하는 식물플랑크톤 군집 분석에 있어서, 분자적인 도구가 기존방법의 대안이 될 수 있는지 알아보기 위해 quantitative PCR (qPCR) 과 High-throuput sequencing (HTS) 과 같은 분자생물학적인 방법의 신뢰성을 테스트 했다. 첫번째로, 우리는 물 샘플로부터 미생물과 식물플랑크톤을 정량하기위해서 qPCR을 수행했다. 우리는 미생물과 식물플랑크톤 copy number가 지역과 계절에 따라서 유의한 차이가 있다는 것을 확인했다. 두번쨰로, 각 식물플랑크톤 분류군의 크기 범위를 확인하기 위해서 Miseq platform을 이용하여 크기분획된 식물플랑크톤 군집을 분석했다. 식물플랑크톤 분류군의 풍부도가 시간에따라 변화한다는 것을 알수있었고, 기존의 크기분획이 정확하게 이루어지지 않았다는 것을 확인했다. 이러한 결과로부터 본 연구에서 이용된 분자적인 도구가 낮은 비용과 노동력으로 식물플랑크톤 분류군을 분석하는데 뛰어나다는 것을 확인했다. 하지만 qPCR로부터 얻어진 각 분류군의 copy number는 여전히 생물량 측정에 직접적으로 이용하기는 힘들다. 그러므로 qPCR에 의한 copy number를 미생물 또는 식물플랑크톤의 생물량으로 전환시키기위한 추가연구가 필요하다.