[논문 리뷰] Bacterial diversity associated with Drosophila in the laboratory and in the natural environment

Fabian Staubach, John F. Baines외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 11. 14.

Insect symbiosis and bacterial influences인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 16S rRNA 유전자를 454 시퀀싱하여 야생 및 랩에서 기르는 드로소필라의 박테리아 군집을 비교하여, 식이 기저가 자연 미생물군의 주요 형성 요인임을 밝혀내었고, 실험실 환경에서는 랩 기원과 확률적 요인이 지배적임을 확인하였다. 핵심 미생물군 성분인 글루코노박테르(Gluconobacter)는 야생 파충류에서 일관되게 존재하지만 실험실에서 기르는 개체에서는 존재하지 않아 자연 드로소필라 미생물군에 필수적일 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The fruit fly Drosophila is a classic model organism to study adaptation as well as the relationship between genetic variation and phenotypes. Although associated bacterial communities might be important for many aspects of Drosophila biology, knowledge about their diversity, composition, and factors shaping them is limited. We used 454-based sequencing of a variable region of the bacterial 16S ribosomal RNA gene to characterize the bacterial communities associated with wild and laboratory Drosophila isolates. In order to specifically investigate effects of food source and host species on bacterial communities, we analyzed samples from wild Drosophila melanogaster and D. simulans collected from a variety of natural substrates, as well as from adults and larvae of nine laboratory reared Drosophila species. We find no evidence for host species effects in lab reared flies, instead lab of origin and stochastic effects, which could influence studies of Drosophila phenotypes, are pronounced. In contrast, the natural Drosophila associated microbiota appears to be predominantly shaped by food substrate with an additional but smaller effect of host species identity. We identify a core member of this natural microbiota that belongs to the genus Gluconobacter and is common to all wild caught flies in this study, but absent from the laboratory. This makes it a strong candidate for being part of what could be a natural D. melanogaster and D. simulans core microbiome. Furthermore we were able to identify candidate pathogens in natural fly isolates.

연구 동기 및 목표

• 야생 및 실험실에서 기르는 드로소필라 샘플에 연관된 박테리아 군집을 특성화하기 위해.
• 숙주 종과 식이 기저가 미생물군 조성에 미치는 상대적 영향을 규명하기 위해.
• 자연 드로소필라 미생물군에 공통적으로 존재하는 핵심 박테리아 성분을 식별하기 위해.
• 야생 드로소필라 샘플에서 잠재적 병원균을 탐지하기 위해.
• 실험실 기르기 조건이 미생물군 구조에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 454 기반 피로시퀀싱을 이용해 16S rRNA 유전자 변동 영역을 분석하여 박테리아 군집을 프로파일링하였다.
• 다양한 천연 기저에서 수집한 야생 D. melanogaster 및 D. simulans의 샘플을 분석하였다.
• 9종의 실험실에서 기르는 드로소필라 종의 성체 및 유충에서 박테리아 군집을 비교하였다.
• 숙주 종, 식이 기저, 실험실 기원이 미생물 조성에 미치는 영향을 평가하기 위해 통계 모델을 적용하였다.
• 표본 간 분류학적 희귀도를 평가하여 핵심 미생물군 성분을 식별하였다.
• 기존 병원성 균류와의 유사도를 기반으로 후보 병원균을 선별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 야생 드로소필라의 박테리아 군집을 가장 강하게 형성하는 요인은 숙주 종인지, 식이 기저인지?
• RQ2 실험실 기르기 조건은 자연 조건과 비교해 드로소필라 연관 미생물군의 조성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 야생 드로소필라 집단 간에 공통되는 핵심 미생물군이 존재하는가? 만약 존재한다면 주요 성분은 무엇인가?
• RQ4 자연 조건에서 D. melanogaster와 D. simulans 간에 미생물군 조성이 일관되게 다를까?
• RQ5 야생 드로소필라 샘플에 존재하는 병원성 박테리아는 무엇인가?

주요 결과

• 야생 드로소필라에서 식이 기저가 박테리아 군집 조성의 주요 결정 요인이며, 숙주 종 정체성은 더 작은 영향을 미치지만 유의미하였다.
• 실험실에서 기르는 드로소필라에서는 숙주 종 정체성보다 실험실 기원과 확률적 요인이 미생물군에 더 큰 영향을 미쳤다.
• 글루코노박테르(Gluconobacter)는 자연 드로소필라 미생물군의 핵심 성분으로 확인되었으며, 모든 야생 채취 개체에서 존재하지만 실험실에서 기르는 품종에서는 존재하지 않았다.
• 글루코노박테르는 D. melanogaster 및 D. simulans의 자연적 핵심 미생물군 성분으로 강력한 후보이다.
• 야생 드로소필라 샘플에서 후보 병원균이 탐지되어 야생 집단에서 잠재적인 미생물 위협이 존재할 수 있음을 시사한다.
• 실험실에서 기르는 개체에서 글루코노박테르가 결여된 것은 실험실 조건이 핵심 자연 미생물 연관성을 손상하거나 제거할 수 있음을 시사한다.