Влияние сезонности на разнообразие микробного сообщества в прибрежной воде озера Байкал

Озеро Байкал – ультраолиготрофное озеро, место формирования и развития биологического разнообразия микробного, растительного и животного миров. Необходимость знаний о разнообразии микробного сообщества озера Байкал связана с тем, что постоянно нарастающая техногенная нагрузка может приводить к катастрофическим изменениям водных систем. Новые знания о микробных сообществах Байкала, учитывающие экологические и географические аспекты, имеют как фундаментальное, так и практическое значение. Экосистема прибрежной зоны Байкала до настоящего времени изучена недостаточно, несмотря на ее значение в туристско-рекреационной эксплуатации.

Целью работы являлось продолжение исследований микробиологических и гидрохимических показателей воды прибрежной зоны оз. Байкал, определение закономерности сезонного распределения разнообразия микробного сообщества и выявление влияния температурного фактора.

Объекты и методы исследования

Были изучены микробные сообщества в трех участках восточного побережья озера Байкал с различной степенью туристско-рекреационного пользования – пос. Горячинск (пляж, курорт), пос. Турка (пляж, участок строительства зоны Байкальская Гавань), бухта Безымянная (контрольный участок) в различные сезоны. Температура воды при отборе варьировала от 0 до 22 оС. Пробы отбирались у уреза воды, концентрировались фильтрованием через мембранные фильтры с диаметром пор 0,22 мм до забития пор бактериальной взвесью. Температуру воды измеряли портативным термометром (HM Digital, Корея). Выделение ДНК с фильтров производили с помощью коммерческого набора AxyPrep Bacterial Genomic DNA Miniprep Kit (Axygen, США). Параллельное секвенирование ампликонов проведено в Центре коллективного пользования СО РАН «Геномика» (Новосибирск, Россия) на секвенаторе MiSeq, Illumina. Таксономическое разнообразие микробного сообщества оценивали с помощью пакета программ RDP. Полученные данные анализировали статистическим методом градиентного анализа (ССА) [1].

Результаты и обсуждение

Cтруктура бактериального сообщества прибрежных вод трех рекреационных участков восточного побережья озера Байкал была схожа (рис. 1). В сообществе доминировали два филума – Bacteroidetes (в среднем 39 %) и Proteobacteria (43 %) . Также постоянным значительным компонентом в сообществе прибрежных вод являлись филумы Actinobacteria и Cyanobacteria, составляя около 11 и 5 % соответственно . Также были обнаружены в небольшом количестве Verrucomicrobia (0,3 %), Gemmatimonadetes (0,2 %) Firmicutes (0,06 %) и Acidobacteria (0,05 %). Филумы Fusobacteria, Deinococcus-Thermus, Chlamydia, Nitrospirae, Candidatus Saccharibacteria, Armatimonadetes, Spirochaetes были представлены единичными последовательностями.

Горячинск

Безымянка

Турка

Рис. 1. Структура бактериального сообщества прибрежной воды трех участков оз. Байкал

Горячинск2 придонная Турка июль Горячинск3 придонная Горячинск июль ■ Безымянка июль   ♦ Горячинск апрель *	Турка апрель
Горячинск октябрь №* *^	♦

-4                      -3                      -2

F1 (40,83 %)

♦ Рода бактерий ■ Станции

Рис. 2. Распределение состава бактериального сообщества прибрежных вод оз. Байкал в различные сезоны

Полученные результаты по микробному разнообразию мелководных участков сопоставимы со структурой микробных сообществ воды литорали озера Байкал [2]. Схожесть микробного разнообразия июльских проб во всех трех участках продемонстрирована на диаграмме, отражающей распределение данных с помощью статистического метода градиентного анализа (ССА) (рис. 2).

Также можно проследить явную кластеризацию разнообразия (пос. Горячинск) по сезонам. Наиболее разнообразное сообщество наблюдалось в Горячинске в октябре. Микробное сообщество воды, развивающееся в воде около пос. Турка в апреле, резко отличалось от других проб (рис. 2, 3).

Здесь практически все сообщество состояло из бактерий, принадлежащих филумам Bacteroidetes (43 %) и Firmicutes (50 %). Филум Bacteroidetes был представлен бактериями рода Prevotella , представителями микрофлоры человека и животных, имеющими санитарно-эпидемиологическое значение. Скорее всего, на данном участке имело место локальное антропогенное загрязнение, связанное со строительством рекреационных объектов, что повлекло за собой изменение в составе микробного сообщества.

□ Другие

□ Acidobacteria

□ Gemmatimonadetes

Verrucomicrobia

■ Cyanobacteria

Firmicutes

□ Actinobacteria

■1 Proteobacteria

□ Bacteroidetes

Рис 3. Состав бактериального сообщества прибрежной воды оз. Байкал у пос. Горячинск и Турка в апреле

Таким образом, настоящим исследованием выявлена схожесть микробного разнообразия прибрежных вод во всех трех участках и кластеризация разнообразия бактерий по сезонам, что подтверждает ранее установленную значимость сезонных изменений температуры, влияющих на состояние экосистемы [3]. Состав микробного сообщества прибрежных вод Байкала был относительно постоянным, и резкое изменение его структуры можно использовать как индикацию антропогенного загрязнения в туристско-рекреационных местах.