Differences between 16S rRNA sequencing and microscopy analysis : The differences in cyanobacteria communities
| Title: | Differences between 16S rRNA sequencing and microscopy analysis : The differences in cyanobacteria communities |
| Author(s): | Laine, Jere |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences |
| Degree program: | Master's Programme in Environmental Change and Global Sustainability |
| Specialisation: | Environmental Change |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2022 |
| Abstract: |
Syanobakteerit ovat tärkeä osa kasviplanktonyhteisöä ja vesiekosysteemejä. Syanobakteerit
voivat muodostaa suuria massaesiintymiä eli kukintoja, jotka voivat olla myrkyllisiä tai aiheuttaa
muuta haittaa.
Syanobakteerien tutkimus ja seuranta on perustunut mikroskooppianalyysiin.
Molekyylipohjaiset menetelmät, kuten 16S-rRNA-sekvensointi, ovat kuitenkin
lähitulevaisuudessa korvaamassa mikroskooppianalyysit. Suomen ympäristökeskus on
todennut, että molekyylimenetelmät ovat osa ympäristön seurantaa vuoteen 2030 mennessä.
Tässä pro gradu -työssä tavoitteena oli selvittää, eroavatko perinteiset mikroskoppianalyysit ja
16S rRNA-sekvensointi nano- ja mikrokokoisia sinileviä verrattaessa. Aineisto on kerätty
Suomen ympäristökeskuksen (SYKE) MiDAS-projektin laboratoriokokeesta, joka toteutettiin
kesällä 2020.
Mikroskooppi- ja 16S-rRNA-analyysien tulokset erosivat toisistaan. Syanobakteerisukujen
suhteellinen runsaus vaihteli näytetyyppien välillä. Mikroskooppianalyysit arvioivat
alfadiversiteetin suuremmaksi verrattuna sekvensointianalyysien tuloksiin.
Pääasiallinen syy analyysityyppien väliseen eroon johtui Synechococcales lahkoon kuuluvien
sinilevien eroista. Jotkin Synechococcales lajit havaittiin vain sekvensointianalyyseillä, esim.
Snowella spp. ja jotkin Synechococcales lajit havaittiin vain mikroskooppianalyyseillä, esim.
Romeria spp. ja Woronichinia sp. Havaittiin, että molemmat menetelmät ovat alttiita
tunnistusvirheille.
Erot 16S-rRNA-sekvensoinnin ja mikroskooppianalyysien välillä ovat hyvin erilaisia. Se voi
vaikuttaa kasviplanktonyhteisön pitkän aikavälin tietojen tarkasteluun. Siksi on tärkeää tutkia
analyysityyppien välisiä eroja. Analyysityyppien välisten eroavaisuuksien tutkiminen tulisi
keskittyä solukooltaan pienten yhdyskuntia muodostavien eli Chroococcales ja
Synechococcales -lajien tutkimukseen.
Cyanobacteria are an important part of the phytoplankton community and aquatic
ecosystems. Cyanobacteria can form large mass occurrences, i.e. blooms, which can be toxic
or cause other harm.
Research and monitoring of cyanobacteria has been based on microscopy analysis. However,
molecular-based methods, such as 16S rRNA sequencing are replacing microscopy analyses
in the near future. The Finnish Environment Institute has stated that molecular methods are
part of environmental monitoring before 2030.
In this Master’s thesis the aim was to determine whether conventional microscopy analyses
and 16S rRNA sequencing differ when comparing nano- and micro-sized cyanobacteria. The
material was collected from a laboratory experiment of the Finnish Environment Institute’s
(SYKE) MiDAS project, which was conducted in the summer of 2020.
The results of the microscopy and 16S rRNA analyses differed from each other. The relative
abundances of the cyanobacteria genera differed between sample types. Microscopy
analyses estimated that the alpha diversity was higher compared to the results of the
sequencing analyses.
The main reason for the difference between the types of analyses was due to the differences
in cyanobacteria belonging to the order of Synechococcales. Some of the Synechococcales
species were observed only by the sequencing analyses, e.g. Snowella and some of the
Synechococcales species were only observed by the microscopy analyses, e.g. Romeria and
Woronichinia. It was observed that both methods are prone to identification errors.
The differences between the 16S rRNA sequencing and the microscopy analyses are vastly
different. It may affect on the review of long-term data of the phytoplankton community.
Therefore, it is important to examine the differences between the types of analyses. Studying
the dissimilarities between the types of analyses should be focused on the research of the
small cell-sized colonial cyanobacteria, i.e. the species of Chroococcales and
Synechococcales.
|
| Keyword(s): | cyanobacteria OTU 16S rRNA biomass microscopy Utermöhl |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Laine_Jere_tutkielma_2022.pdf | 2.982Mb |