Η ΣΧΕΤΙΚΗ ΣΥΜΒΟΛΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΣΤΟΝ ΚΑΘΟΡΙΣΜΟ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΩΝ ΚΟΙΝΟΤΗΤΩΝ ΑΠΟ ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΙΖΗΜΑΤΑ Γιώτη Α, Καλογεροπούλου Β, Καρακάσης Ι, Λαδουκάκης Ε Εισαγωγή Η βακτηριακή οικολογία εμφανίζει πρωτόγνωρη ανάπτυξη στις μέρες μας, κυρίως εξαιτίας των τεχνικών αλληλούχησης νέας γενιάς, οι οποίες αποκάλυψαν βακτηριακή ποικιλότητα που προηγουμένως ήταν αφανής. Ένα από τα βασικότερα ερωτήματα που απασχολεί τους επιστήμονες είναι ποιοι παράγοντες καθορίζουν τη δομή και τη λειτουργία των βακτηριακών κοινοτήτων. Σε αυτή τη μελέτη ερευνήσαμε το ρόλο που παίζουν περιβαλλοντικές παράμετροι (με κυριότερη το οξειδοαναγωγικό δυναμικό, Eh) και η γεωγραφική θέση στη δομή των βακτηριακών βενθικών κοινοτήτων σε περιοχές του Αιγαίου. Υλικά και μέθοδοι Αναλύσαμε 82 δείγματα από 7 περιοχές του Αιγαίου (εικ. 1). Τα δείγματα ήταν από ιζήματα βάθους 0-1 και 3-5 cm (3 βιολογικές και 3-1 τεχνικές επαναλήψεις / περιοχή, αντίστοιχα). Σε αυτές τις θέσεις, μετρήσαμε διάφορες περιβαλλοντικές παραμέτρους (Eh, θερμοκρασία, θολερότητα κ.ά.). 41 από τα δείγματα προέρχονταν από περιοχές με το χαμηλότερο Eh της δειγματοληψίας (32-63 mV) και 41 από περιοχές με το υψηλότερο Eh (103-356 mV). Από το κάθε δείγμα, κάναμε εξαγωγή ολικού DNA, PCR της περιοχής V4 του rRNA και μαζική, αμφίπλευρη αλληλούχηση (2x250 bp) των προϊόντων της PCR με τεχνολογία Illumina MiSeq. H στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων έγινε με τα πακέτα QIIME, ecodist, phyloseq (R) και guppy (pplacer suite). Rare (14-100 copies) 50.26% Intermediate (100-4,999 copies) 37.42% Spurious (2-13 copies) 12.01% Abundant (4,999-66,665 copies) 0.3% …of which 30.4% No Hit vs. 1.4% No Hit Εικόνα 1. Δειγματοληπτικές περιοχές Αποτελέσματα Ι (Περιγραφικά) Συνολικά αποκτήσαμε 7,5 εκατομ. αλληλουχίες, καθαρές από λάθη και χίμαιρες. Αυτές ομαδοποιήθηκαν σε 21.984 OTUs. Από αυτά, πάνω από 50% ήταν «σπάνια» ενώ τα «συχνά» είναι το 0,3% (εικ. 2). Eπιπλέον, τα «σπάνια» κυριαρχούνται από άγνωστα τάξα. Εικόνα 2. Κατανομή των OTUs σε σχέση με την αφθονία τους Αποτελέσματα ΙΙ (άλφα ποικιλότητα) Παρά την υψηλή βιολογική ποικιλομορφία μεταξύ και εντός των περιοχών, όταν αυτές ομαδοποιήθηκαν σε 2 τάξεις Εh, παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική υψηλότερη άλφα ποικιλότητα στις βακτηριακές κοινότητες χαμηλού Εh (εικ. 3), και ειδικά με το δείκτη που συνυπολογίζει την φυλογενετική σχέση των OTUs (balanced-weighted phylogenetic diversity, bwpd). Eπιπλέον, παρατηρήθηκε σαφής στρωμάτωση, ακόμα και σε διαφορές βάθους 4 cm. Εικόνα 3: Η άλφα ποικιλότητα με δύο διαφορετικούς δείκτες Πίνακας 1 : Επιμερισμός της ποικιλότητας μεταξύ των κοινοτήτων με την εφαρμογή multiple regression on matrices και partial Mantel test στα επιφανειακά ιζήματα.   Multiple Regression on Matrices Partial_Mantel Model Eh (coef., p-value) Location (coef., p-value) R2 p-value F Relative Contribution (%) Stat. 0.027, 0.000 na 0.242 0.000 545.985 18.76 Location 0.006, 1e-06 0.077 142.698 2.26 Eh&Location 0.024, 0.000 0.003, 0.000 0.265 307.475 5.44 interaction, 73.52 unexplained Eh/Location 0.386 0.001 Location/Eh 0.172 Εικόνα 4: PCoA των βακτηριακών κοινοτήτων με τις απόστασεις Bray-Curtis και weighted unifrac. Coef.= coefficient of correlation; / = controlling for the factor that follows; na = not applicable. Αποτελέσματα ΙΙΙ (βήτα ποικιλότητα) Παρατηρήθηκε πολύ καλός διαχωρισμός των δειγμάτων στον άξονα 1 με βάση την τάξη Eh. Η ποικιλότητα που εξηγείται από το Eh όταν συνυπολογιστεί η φυλογενετική συγγένεια των κοινοτήτων (απόσταση weighted unifrac), είναι κατά πολύ μεγαλύτερη (39,3%) σε σχέση με αυτή που εξηγείται από την κλασική απόσταση Bray-Curtis (εικ. 4). Αποτελέσματα ΙV (επιμερισμός ποικιλότητας) Από τις παραμέτρους που εξετάστηκαν ως προς τη συσχέτιση τους με τη βήτα ποικιλότητα, το Eh και η γεωγραφική απόσταση έδειξαν τη στατιστικά σημαντικότερη συσχέτιση και στα 2 βάθη. Ενδεικτικά για τα δείγματα από βάθος 0-1 cm, το Eh εξηγεί 18,76% και η γεωγραφική απόσταση το 2.26% της ποικιλότητας. H συνεισφορά του Eh (partial Mantel statistic) είναι μεγαλύτερη από αυτή της γεωγραφίας (πίνακας 1). Συμπεράσματα Η διαθεσιμότητα οξυγόνου στο ίζημα του Αιγαίου, όπως εκφράζεται από το οξειδοαναγωγικό δυναμικό (Eh), αποτελεί ισχυρό παράγοντα στη διαμόρφωση της δομής των βακτηριακών κοινοτήτων, ακόμα και σε μη υποξικές συνθήκες. Μικρότερο αλλά στατιστικά σημαντικό ρόλο στην εξήγηση της ποικιλότητας μεταξύ των βακτηριακών κοινοτήτων παίζει και η γεωγραφία (dispersal, past environmental selection). Είναι ενδιαφέρον οτι η μείωση του Eh οδηγεί σε αύξηση της άλφα ποικιλότητας στα βακτήρια, με την εμφάνιση νέων τάξων στις κοινότητες (πιθανώς προσαρμοσμένων σε χαμηλά Eh), ειδικά στα βαθύτερα στρώματα. Η μελέτη αυτή χρηματοδοτήθηκε από το πρόγραμμα ΑΡΙΣΤΕΙΑ ΙΙ, ΓΓΕΤ.

συνεκτίμηση φυλογενετικής πληροφορίας στους δείκτες των αποστάσεων της άλφα και βήτα ποικιλότητας βελτιώνει την ερμηνευτικότητά τους