The objective of this study was to analyze the phylogenetic composition of bacterial community in the soil of an earth-cave (Niu Cave) using a culture-independent molecular approach. 16S rRNA genes were amplified directly from soil DNA with universally conserved and Bacteria-specific rRNA gene primers and cloned. The clone library was screened by restriction fragment length polymorphism (RFLP), and representative rRNA gene sequences were determined. A total of 115 bacterial sequence types were found in 190 analyzed clones. Phylogenetic sequence analyses revealed novel 16S rRNA gene sequence types and a high diversity of putative bacterial community. Members of these bacteria included Proteobacteria (42.6%), Acidobacteria (18.6%), Planctomycetes (9.0 %), Chloroflexi (Green nonsulfur bacteria, 7.5%), Bacteroidetes (2.1%), Gemmatimonadetes (2.7%), Nitrospirae (8.0%), Actinobacteria (High G+C Gram-positive bacteria, 6.4%) and candidate divisions (including the OP3, GN08, and SBR1093, 3.2%). Thirty-five clones were affiliated with bacteria that were related to nitrogen, sulfur, iron or manganese cycles. The comparison of the present data with the data obtained previously from caves based on 16S rRNA gene analysis revealed similarities in the bacterial community components, especially in the high abundance of Proteobacteria and Acidobacteria. Furthermore, this study provided the novel evidence for presence of Gemmatimonadetes, Nitrosomonadales, Oceanospirillales, and Rubrobacterales in a karstic hypogean environment.
Herbicide-tolerant Zoysia grass has been previously developed through Agrobacterium-mediated transformation. We investigated the effects of genetically modified (GM) Zoysia grass and the associated herbicide application on bacterial community structure by using culture-independent approaches. To assess the possible horizontal gene transfer (HGT) of transgenic DNA to soil microorganisms, total soil DNAs were amplified by PCR with two primer sets for the bar and hpt genes, which were introduced into the GM Zoysia grass by a callus-type transformation. The transgenic genes were not detected from the total genomic DNAs extracted from 1.5 g of each rhizosphere soils of GM and non-GM Zoysia grasses. The structures and diversities of the bacterial communities in rhizosphere soils of GM and non-GM Zoysia grasses were investigated by constructing 16S rDNA clone libraries. Classifier, provided in the RDP II, assigned 100 clones in the 16S rRNA gene sequences library into 11 bacterial phyla. The most abundant phyla in both clone libraries were Acidobacteria and Proteobacteria. The bacterial diversity of the GM clone library was lower than that of the non- GM library. The former contained four phyla, whereas the latter had seven phyla. Phylogenetic trees were constructed to confirm these results. Phylogenetic analyses of the two clone libraries revealed considerable difference from each other. The significance of difference between clone libraries was examined with LIBSHUFF statistics. LIBSHUFF analysis revealed that the two clone libraries differed significantly (P<0.025), suggesting alterations in the composition of the microbial community associated with GM Zoysia grass.
Global warming will have far-reaching effects on our ecosystem. However, its effects on Antarctic soils have been poorly explored. To assess the effects of warming on microbial abundance and community composition, we sampled Antarctic soils from the King George Island in the Antarctic Peninsula and incubated these soils at elevated temperatures of $5^{\circ}C$ and $8^{\circ}C$ for 14 days. The reduction in total organic carbon and increase in soil respiration were attributed to the increased proliferation of Bacteria, Fungi, and Archaea. Interestingly, bacterial ammonia monooxygenase (amoA) genes were predominant over archaeal amoA, unlike in many other environments reported previously. Phylogenetic analyses of bacterial and archaeal amoA communities via clone libraries revealed that the diversity of amoA genes in Antarctic ammonia-oxidizing prokaryotic communities were temperature-insensitive. Interestingly, our data also showed that the amoA of Antarctic ammonia-oxidizing bacteria (AOB) communities differed from previously described amoA sequences of cultured isolates and clone library sequences, suggesting the presence of novel Antarctic-specific AOB communities. Denitrification-related genes were significantly reduced under warming conditions, whereas the abundance of amoA and nifH increased. Barcoded pyrosequencing of the bacterial 16S rRNA gene revealed that Proteobacteria, Acidobacteria, and Actinobacteria were the major phyla in Antarctic soils and the effect of short-term warming on the bacterial community was not apparent.
Objective: The ecosystem of an animal farm is composed of various elements, such as animals, farmers, plants, feed, soil, and microorganisms. A domesticated animal's health is largely connected with the reservoir of bacteria and viruses in animal farms. Although a few studies have focused on exploring the gut microbiome of animals, communities of microbiota and viruses in feedlots have not been thoroughly investigated. Methods: Here, we collected feces and dust samples (4 groups: cattle feces, C_F; horse feces, H_F; cattle dust, C_D; and horse dust, H_D) from cattle and horse farms sharing the same housing and investigated their microbiome/virome communities by Illumina sequencing. Results: Dust groups (C_D and H_D) showed higher microbial diversity than feces groups (C_F and H_F) regardless of animal species. From the microbial community analysis, all the samples from the four groups have major phyla such as Proteobacteria (min 37.1% to max 42.8%), Firmicutes (19.1% to 24.9%), Bacteroidetes (10.6% to 22.1%), and Actinobacteria (6.1% to 20.5%). The abundance of Streptococcus, which commonly recognized as equine pathogens, was significantly higher in the horse group (H_D and H_F). Over 99% among the classified virome reads were classified as Caudovirales, a group of tailed bacteriophages, in all four groups. Foot-and-mouth disease virus and equine adenovirus, which cause deadly diseases in cattle and horse, respectively, were not detected. Conclusion: Our results will provide baseline information to understand different gut and environmental microbial ecology between two livestock species.
Choi, Sangdun;Chang, Mi Sook;Stuecker, Tara;Chung, Christine;Newcombe, David A.;Venkateswaran, Kasthuri
Genomics & Informatics
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제10권4호
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pp.249-255
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2012
In this study, fosmid cloning strategies were used to assess the microbial populations in water from the International Space Station (ISS) drinking water system (henceforth referred to as Prebiocide and Tank A water samples). The goals of this study were: to compare the sensitivity of the fosmid cloning strategy with that of traditional culture-based and 16S rRNA-based approaches and to detect the widest possible spectrum of microbial populations during the water purification process. Initially, microbes could not be cultivated, and conventional PCR failed to amplify 16S rDNA fragments from these low biomass samples. Therefore, randomly primed rolling-circle amplification was used to amplify any DNA that might be present in the samples, followed by size selection by using pulsed-field gel electrophoresis. The amplified high-molecular- weight DNA from both samples was cloned into fosmid vectors. Several hundred clones were randomly selected for sequencing, followed by Blastn/Blastx searches. Sequences encoding specific genes from Burkholderia, a species abundant in the soil and groundwater, were found in both samples. Bradyrhizobium and Mesorhizobium, which belong to rhizobia, a large community of nitrogen fixers often found in association with plant roots, were present in the Prebiocide samples. Ralstonia, which is prevalent in soils with a high heavy metal content, was detected in the Tank A samples. The detection of many unidentified sequences suggests the presence of potentially novel microbial fingerprints. The bacterial diversity detected in this pilot study using a fosmid vector approach was higher than that detected by conventional 16S rRNA gene sequencing.
농업 분야에서 미생물은 영양분 가용화, 유기물 분해 등 토양 영양분 공급에 중요한 역할을 하며, 토양 건강성 증진, 식량 안보 및 식품 건강 면에서 많은 활용 가능성을 지니고 있다. 최근 유역 환경 건강성, 생물 다양성 보존, 효율적인 고품질 농산물 생산에 대한 관심이 커져, 지속 가능한 농업 중 하나인 유기농업과 관행농업 토양의 이화학적 및 생물학적 특성에 관한 비교 연구가 진행되고 있다. 미생물은 지속 가능한 농업 발전의 중요한 요소 중 하나로써, 미생물 다양성이 풍부할수록 토양 비옥도, 작물 성장 면에서 긍정적인 영향을 미친다고 알려져 있다. 본 연구는 이에 대한 기초 데이터를 제공하기 위해 논 경작지를 대상으로 유기 및 관행농업 토양의 미생물 군집조성과 Alpha diversity analysis(Chao1, Shannon, Simpson index)을 통해 비교하였다. 경기도 양평군에서 유기 및 관행 논 지역을 각각 1지점씩 선정하였으며, 8월부터 11월까지 총 4회 현장 조사를 진행하였다. 미생물 분석은 차세대염기서열분석을 실시하였으며, bacteria는 16S rRNA V3-4 영역, fungi는 ITS 3-4 영역을 sequencing 하였다. 미생물 군집조성은 문수준에서는 큰 차이가 없었으나, 속수준에서는 fungi 군집조성에 차이를 보였다. 예로 Ustilaginoidea 속은 관행 논 토양에서만 발견되었으며, 벼 이삭누룩병을 일으키는 병원균으로 과도한 질소 비료 시비가 원인으로 추정된다. 종 다양성은 bacteria diversity의 경우 관행 논 토양에서 높게 측정되는 반면, fungi diversity의 경우 유기 논 토양에서 높게 측정되었다. 결론적으로 체계적인 시비 관리 통해 미생물 군집은 조절될 수 있으며, 관행농업은 적절한 시비를 통해 토양 건강성 및 식품 건강성 면에서 유기농업과 비슷한 효과를 보여줄 가능성이 있다고 판단된다.
The global commercial cultivation of transgenic crops, including glyphosate-tolerant soybean, has increased widely in recent decades with potential impact on the environment. The bulk of previous studies showed different results on the effects of the release of transgenic plants on the soil microbial community, especially rhizosphere bacteria. In this study, comparative analyses of the bacterial communities in the rhizosphere soils and surrounding soils were performed between the glyphosate-tolerant soybean line NZL06-698 (or simply N698), containing a glyphosate-insensitive EPSPS gene, and its control cultivar Mengdou12 (or simply MD12), by a 16S ribosomal RNA gene (16S rDNA) amplicon sequencing-based Illumina MiSeq platform. No statistically significant difference was found in the overall alpha diversity of the rhizosphere bacterial communities, although the species richness and evenness of the bacteria increased in the rhizosphere of N698 compared with that of MD12. Some influence on phylogenetic diversity of the rhizosphere bacterial communities was found between N698 and MD12 by beta diversity analysis based on weighted UniFrac distance. Furthermore, the relative abundances of part rhizosphere bacterial phyla and genera, which included some nitrogen-fixing bacteria, were significantly different between N698 and MD12. Our present results indicate some impact of the glyphosate-tolerant soybean line N698 on the phylogenetic diversity of rhizosphere bacterial communities together with a significant difference in the relative abundances of part rhizosphere bacteria at different classification levels as compared with its control cultivar MD12, when a comparative analysis of surrounding soils between N698 and MD12 was used as a systematic contrast study.
국토개발사업의 사전 계획 과정에서 개발할 것인지 보전할 것인지에 대한 의사결정은 인간 활동에 영향을 줄 수 있는 편리함과 이익을 고려해야 할 뿐만 아니라, 자연환경생태에 미칠 수 있는 영향을 종합적으로 예측하고 평가할 수 있는 자료기반 및 통합적 평가기법을 요구한다. 동식물생태와 지형경관요소들은 환경부의 생태자연도를 통해서 환경영향평가에 현재 활용되고 있지만, 자연생태의 주요 구성요소 중 하나인 토양생태는 정량적인 자료와 지형정보와 연계된 정보의 부재로 환경영향평가에서 고려되지 못하고 있다. 본 연구에서는 토양생태를 포함한 자연환경과 생활환경 요소들을 망라해서 총체적 환경성을 평가할 수 있는 수치지도를 작성하고 토양생태 등급의 가중치가 친환경도로 노선 선정에 미치는 영향에 대해서 민감도 분석을 수행하였다. 그 결과 자연환경 요소들 중 토양생태의 가중치가 14% 이상 만 되어도 최적 친환경노선 선정에 민감하게 영향을 미쳤다. 본 연구의 결과를 통해서 이제까지 환경영향 평가에서 무시되어 오던 토양생태 정보가 친환경 건설개발사업의 계획 및 기초설계 단계에서 중요하게 고려되어야 할 생태요소임을 입증할 수 있었다.
Function-driven metagenomic analysis is a powerful approach to screening for novel biocatalysts. In this study, we investigated lipolytic enzymes selected from an alluvial soil metagenomic library, and identified two novel esterases, EstDL26 and EstDL136. EstDL26 and EstDL136 reactivated chloramphenicol from its acetyl derivates by counteracting the chloramphenicol acetyltransferase (CAT) activity in Escherichia coli. These two enzymes showed only 27% identity in amino acid sequence to each other; however both preferentially hydrolyzed short-chain p-nitrophenyl esters (${\leq}C_5$) and showed mesophilic properties. In vitro, EstDL136 catalyzed the deacetylation of 1- and 3-acetyl and 1,3-diacetyl derivates; in contrast, EstDL26 was not capable of the deacetylation at $C_1$, indicating a potential regioselectivity. EstDL26 and EstDL136 were similar to microbial hormone-sensitive lipase (HSL), and since chloramphenicol acetate esterase (CAE) activity was detected from two other soil esterases in the HSL family, this suggests a distribution of CAE among the soil microorganisms. The isolation and characterization of EstDL26 and EstDL136 in this study may be helpful in understanding the diversity of CAE enzymes and their potential role in releasing active chloramphenicol in the producing bacteria.
Jareonmit, Pechrada;Sajjaphan, Kannika;Sadowsky, Michael J.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제20권1호
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pp.169-178
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2010
The microbial community structure in Thailand soils contaminated with low and high levels of arsenic was determined by denaturing gradient gel electrophoresis. Band pattern analysis indicated that the bacterial community was not significantly different in the two soils. Phylogenetic analysis obtained by excising and sequencing six bands indicated that the soils were dominated by Arthrobacter koreensis and $\beta$-Proteobacteria. Two hundred and sixty-two bacterial isolates were obtained from arsenic-contaminated soils. The majority of the As-resistant isolates were Gramnegative bacteria. MIC studies indicated that all of the tested bacteria had greater resistance to arsenate than arsenite. Some strains were capable of growing in medium containing up to 1,500 mg/l arsenite and arsenate. Correlations analysis of resistance patterns of arsenite resistance indicated that the isolated bacteria could be categorized into 13 groups, with a maximum similarity value of 100%. All strains were also evaluated for resistance to eight antibiotics. The antibiotic resistance patterns divided the strains into 100 unique groups, indicating that the strains were very diverse. Isolates from each antibiotic resistance group were characterized in more detail by using the repetitive extragenic palindromic-PCR (rep-PCR) DNA fingerprinting technique with ERIC primers. The PCR products were analyzed by agarose gel electrophoresis. The genetic relatedness of 100 bacterial fingerprints, determined by using the Pearson product-moment similarity coefficient, showed that the isolates could be divided into four clusters, with similarity values ranging from 5-99%. Although many isolates were genetically diverse, others were clonal in nature. Additionally, the arsenic-resistant isolates were examined for the presence of arsenic resistance (ars) genes by using PCR, and 30% of the isolates were found to carry an arsenate reductase encoded by the arsC gene.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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