漢江におけるシアノバクテリアブルームに関連する細菌群集の季節的動態

Seasonal dynamics of the bacterial communities associated with cyanobacterial blooms in the Han River.

• Minkyung Kim
• Jaebok Lee
• Dongwoo Yang
• Hye Yoon Park
• Woojun Park

抄録

2年間にわたって1つのサイトで採取されたサンプルにおいて、シアノバクテリアブルームと共起する細菌を特定するために、細菌群集のDNAベースの分析を行った。シアノバクテリア属の中ではMicrocystis aeruginosaが最も優勢な種であり（2018年は81％、2019年は94％）、すべてのシアノバクテリアブルーム中にマイクロサイスチンが検出された。実体顕微鏡および走査型電子顕微鏡観察では、凝集したM. aeruginosa細胞上およびその周辺に細菌の会合が認められた。ろ過された細菌群集の培養に依存しない解析の結果、シアノバクテリアの植物圏では、Bacteroidetes属のFlavobacterium種（19％）が優占的であり、次いでBetaproteobacteria属のLimnohabitans種（11％）が優占的であることが示された。主成分分析を用いて、MicrocystisとFlavobacterium種を含む主要な細菌属が両年のシアノバクテリアブルーム時にクラスタリングされていた。長期的にM. aeruginosaと共生する主要な細菌種を特定するために、環境サンプルを1年間連続的に亜培養した後に、別の培養に依存しない分析を行った。興味深いことに，Brevundimonas（14％）が最も優占的な菌種であり，次いでPorphyrobacter（7％），Rhodobacter（3.5％）がアルファプロテオバクテリアの中で最も優占的な菌種であることがわかった．シアノバクテリアブルームの100コロニーをスクリーニングしたところ，培養可能菌の大部分はガンマプロテオバクテリア（28％）とベタプロテオバクテリア（57％）に属しており，その中にはシュードモナス，クルビバクター，パウシバクターが含まれていた．Brevundimonas、Curvibacter、およびPseudomonas種のいくつかの分離株は、軸性M. aeruginosa PCC7806の成長を促進する可能性があった。M. aeruginosa PCC7806細胞の異なる環境条件に対する感受性を、バクテリアのいない原始淡水でモニターしたところ、窒素添加がM. aeruginosaの増殖を促進していることがわかった。

DNA-based analyses of bacterial communities were performed to identify the bacteria co-occurring with cyanobacterial blooms in samples collected at a single site over 2 years. Microcystis aeruginosa was the most predominant species (81% in 2018, and 94% in 2019) within the phylum Cyanobacteria, and microcystins were detected during all cyanobacterial blooms. The stereo microscope and scanning electron microscope observations showed bacterial associations on and around the aggregated M. aeruginosa cells. Culture-independent analyses of filtered bacterial communities showed that the Flavobacterium species in phylum Bacteroidetes (19%) was dominant in the cyanobacterial phycosphere, followed by the Limnohabitans species in Betaproteobacteria (11%). Using principal component analysis, major bacterial genus, including Microcystis and Flavobacterium species, were clustered during cyanobacterial blooms in both years. To identify key bacterial species that develop long-term symbiosis with M. aeruginosa, another culture-independent analysis was performed after the environmental sample had been serially subcultured for 1 year. Interestingly, Brevundimonas (14%) was the most dominant species, followed by Porphyrobacter (7%) and Rhodobacter (3.5%) within the Alphaproteobacteria. Screening of 100 colonies from cyanobacterial bloom samples revealed that the majority of culturable bacteria belonged to Gammaproteobacteria (28%) and Betaproteobacteria (57%), including Pseudomonas, Curvibacter, and Paucibacter species. Several isolates of Brevundimonas, Curvibacter, and Pseudomonas species could promote the growth of axenic M. aeruginosa PCC7806. The sensitivity of M. aeruginosa PCC7806 cells to different environmental conditions was monitored in bacteria-free pristine freshwater, indicating that nitrogen addition promotes the growth of M. aeruginosa.

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