Exploring microbial diversity in South Korean caves through shotgun sequencing: contrasting dry and wet environments, swabbing versus sediment sampling

국문 초록 (Abstract)

동굴은 흔히 외부환경의 영향으로부터 격리되어 다양하면서도 독특한 생태계와 박테리아 군집을 이룬다. 박테리아 군체 사이의 다양성은 동굴의 지리적 위치에 따라 크게 좌우될 수 있으나 동굴 입구로부터의 깊이, 빛, 습도, 영양공급 정도 및 기저 환경 등 동굴 내부에서의 세밀한 환경 조건에도 영향을 받게 된다. 이에 따라 동굴 미생물은 특수한 대사 경로를 발달시킴으로써 극한환경 조건에 적응해왔다. 이번 연구에서는 동굴환경 조건에 대한 잠재적 지시자로서의 미생물 분류군을 확인하기 위해 남한 지역의 5개 동굴로부터 채취한 시료들의 군유전체 염기서열을 분석하였다. 이를 위해 독립적 샷건 시퀀싱 플랫폼인 Illumina와 Oxford Nanopore technologies가 쇼트 및 롱 리드를 판독하는 데 적용되었다. 디옥시리보핵산 시료는 습윤, 건조, 계절적 습윤환경으로 각각 분류할 수 있는 동굴 내부 지점들로부터 암석표면 면봉긁기 방식과 퇴적물 채취 방식으로 확보하였다. 입구로부터의 깊이와 기저 환경(암석 또는 퇴적물) 조건을 중심으로 내부 미생물군 조성의 원인을 해석하였다. 연구 결과, 상대적으로 건조환경에 해당하는 바람굴 및 심복굴에서는 Actinobacteria 문에 속하는 종들이 우세하게 나타난 반면, 습윤환경으로 분류된 온달굴, 산지당굴, 서대굴에서는 Proteobacteria 문에 속하는 종들이 우세한 것으로 나타났다. 또한, 비교란 암흑대에서의 미생물 군집은 입구 인근 구역에 비해 Gammaproteobacteria 문이 우점하는 특징을 보인다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Caves host bacterial communities that represent diverse and unique ecosystems, often isolated from external influences. Diversity among bacterial colonies can vary greatly depending on the cave’s geographical location but it is also linked to the environmental conditions inside the cave such as a depth gradient, light and humidity levels, nutrients availability and substrate conditions. Microbes in caves have adapted to live under extreme conditions and because of that have often developed unique metabolic pathways. In this present work, metagenomics sequence data from five South Korean caves are analyzed with the main objective of identifying microbial taxa as potential proxies for cave environmental conditions. Two independent shotgun sequencing platforms have been used targeting short and long reads through Illumina and Oxford Nanopore technologies respectively. The DNA samples come from swabs of rock surfaces or sediments inside these Korean caves that can be classified as wet, dry or seasonally wet. The internal depth gradient as well as different substrates (swabs and sediments) have also been considered for the interpretation of the composition of the internal microbiota. Dry environments like those from Baram and Simbok Caves have a high abundance of species belonging to the phylum Actinobacteria, compared to wetter caves like Ondal, Sanjidang and Seodae where Proteobacteria are instead more abundant. In dark and undisturbed sectors of the caves, the microbial colonies are dominated by Gammaproteobacteria compared to areas near the entrance.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• ABSTRACT
• 1. Introduction
• 2. MATERIALS AND METHODS
• 3. Results
• 4. Discussion
• 5. Conclusions
• REFERENCES