自動サンプリングと18Sメタバーコーディングを用いて、春の開花の終わりのHelgoland Roadsで微生物群集の複雑な動態を解明する

Uncovering the intricacies of microbial community dynamics at Helgoland Roads at the end of a spring bloom using automated sampling and 18S meta-barcoding.

• Katja Metfies
• Johanna Hessel
• Robin Klenk
• Wilhelm Petersen
• Karen Helen Wiltshire
• Alexandra Kraberg

抄録

2016年5月、ドイツ湾岸の長期生態学的研究（LTER）観測所ヘルゴランド・ロードスに、遠隔操作による海洋微生物の自動ろ過システム（AUTOFIM）を並行して導入した。植物プランクトンブルームの終了時の真核微生物群集内の動態を18Sメタコーディングにより特徴づけるためにサンプルを収集した。植物プランクトンブルームの動態などの重要な海洋生態系プロセスに対する環境変化の影響を理解するためには、時系列観測による生物多様性と種の発生に関する情報を適切な時間的・分類学的分解能で提供する必要がある。サンプリングの自動化と分子的なハイスループット手法は、現在の従来の海洋時系列観測の分解能を向上させることで、これらのニーズに応えることができる。部分18S rRNA遺伝子を用いた真核生物の調査に基づく技術評価では、AUTOFIM装置を用いた自動ろ過とプランクトンサンプルの保存は、手動ろ過やスナップフリーズと比較して、非常に類似した18S群集プロファイルにつながることが示唆されている。分子データは従来の顕微鏡カウントと相関していた。全体的に、観察期間中に真核微生物群集構造に大きな変化が見られた。また、珪藻と繊毛虫の配列が同時に減少していることから、北海の珪藻群集の動態や現象にこれらの寄生虫が影響を与えている可能性が示唆された。Helgoland Roads LTERでは、通常、このような寄生虫の計数は行われていないため、本研究で得られた知見は、自動ろ過とメタバーコーディングを組み合わせることで、古典的な時系列観測、特に方法論の制約から現在は無視されている分類群の観測を強化することができることを示している。

In May 2016, the remote-controlled Automated Filtration System for Marine Microbes (AUTOFIM) was implemented in parallel to the Long Term Ecological Research (LTER) observatory Helgoland Roads in the German Bight. We collected samples for characterization of dynamics within the eukaryotic microbial communities at the end of a phytoplankton bloom via 18S meta-barcoding. Understanding consequences of environmental change for key marine ecosystem processes, such as phytoplankton bloom dynamics requires information on biodiversity and species occurrences with adequate temporal and taxonomic resolution via time series observations. Sampling automation and molecular high throughput methods can serve these needs by improving the resolution of current conventional marine time series observations. A technical evaluation based on an investigation of eukaryotic microbes using the partial 18S rRNA gene suggests that automated filtration with the AUTOFIM device and preservation of the plankton samples leads to highly similar 18S community profiles, compared to manual filtration and snap freezing. The molecular data were correlated with conventional microscopic counts. Overall, we observed substantial change in the eukaryotic microbial community structure during the observation period. A simultaneous decline of diatom and ciliate sequences succeeded a peak of Miracula helgolandica, suggesting a potential impact of these oomycete parasites on diatom bloom dynamics and phenology in the North Sea. As oomycetes are not routinely counted at Helgoland Roads LTER, our findings illustrate the benefits of combining automated filtration with metabarcodingto augment classical time series observations, particularly for taxa currently neglected due to methodological constraints.