ИСТИНА

Метагеномика – активно развивающееся направление исследований микробных сообществ в образцах различной природы при помощи анализа генетического материала. Почва, как самый обширный депозитарий микробного разнообразия на планете, привлекает большое количество исследований в области метагеномики. Однако, большая часть этих работ либо касается лишь поверхностных горизонтов почвы, либо рассматривает почвенный профиль, формально разделенный на слои по глубине. Между тем, для понимания взаимосвязи микробного сообщества и экологических факторов среды представляются более перспективными метагеномные исследования генетических почвенных горизонтов с различающимися свойствами. Данное исследование было предпринято с целью сравнительного анализа прокариотного метагенома генетических горизонтов почв разных типов. Объектами данного исследования служили 99 образцов, относящихся к 57 генетическим горизонтам восьми почв: солонца и лугово-каштановой почвы (полупустынный почвенный комплекс, Прикаспийская низменность), черноземов на трех разных системах землепользования (Каменная степь, Воронежская область), темно-серой и дерново-подзолистой почв (Московская область) и коричневой почвы (южный берег полуострова Крым). Проводили выделение тотальной ДНК из почвенных образцов, пиросеквенирование гена 16S рРНК (использующегося для классификации бактерий и архей), определение таксономической структуры прокариотного сообщества и анализ разнообразия прокариот. Для части образцов проводили количественную ПЦР (real-time PCR) гена 16S рРНК для определения численности прокариот. Также проводили измерение химических свойств почвы: pH, содержания углерода и азота, определение гумуса по Тюрину и других показателей. Бактериальные сообщества всех исследованных почв сформированы преимущественно представителями девяти фил (крупных бактериальных таксонов), которые обнаруживаются во всех проанализированных пробах: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Firmicutes, Gemmatimonadetes, Planctomycetes, Proteobacteria и Verrucomicrobia. Остальные бактериальные филы были обнаружены не во всех почвенных пробах и, как правило, имели очень небольшие доли (<1%) в общей филогенетической структуре микробиомов. Доминирующими филами прокариот практически во всех исследованных почвенных микробиомах являются Proteobacteria и Actinobacteria. Абсолютными доминантами среди обнаруженных архей в исследованных почвах являются представители филума Thaumarchaeota, предположительно, являющиеся активными окислителями аммония. Эти археи занимают до 30% всего прокариотного биома в некоторых горизонтах. Прокариотные сообщества черноземов четко кластеризуются по типу горизонтов: микробиомы A (гумусо-аккумулятивных) и B (минеральных) горизонтов на диаграмме по методу главных компонент образуют непересекающиеся кластеры. Данная кластеризация прослеживается при анализе сообществ примерно на уровне семейств-крупных родов и более низких таксономических уровнях. Почвенные горизонты, контрастно отличающиеся по экологическим свойствам от соседних – солонцовый, элювиальные или уплотненный подпахотный горизонт агрочернозема – заметно отличаются от соседних горизонтов по структуре и разнообразию прокариотного сообщества. Не обнаружено достоверной связи альфа-разнообразия исследованных прокариотных сообществ с pH и содержанием углерода органического вещества, которые часто называются основными факторами микробного разнообразия, а также с общим количеством прокариот по данным real-time PCR. Разнообразие почвенных прокариотных сообществ, предположительно, определяется разнообразием экологических условий в микросредах (локусах обитания почвенных микроорганизмов), связанных с оструктуренностью, влажностью почвы и т.д. Таким образом, анализ различных почв и горизонтов показал, что особенности структуры прокариотного метагенома объясняются не отдельными значениями почвенных свойств (pH, содержание углерода), а интегральными факторами, например, типом почвенного горизонта. Полученные данные свидетельствуют о перспективности профильно-генетического подхода для сравнительного метагеномного анализа микробных сообществ разных типов почв.