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폐광미 지역 서식 원핵생물의 다양성 조사 및 미발굴종 탐색
A study on genetic diversity and unrecorded/novel species of prokaryotes in waste mine tailings

  • 사업명

    생물자원발굴및분류연구

  • 과제명

    폐광미 지역 서식 원핵생물의 다양성 조사 및 미발굴종 탐색

  • 주관연구기관

    국립생물자원관
    National Institute of Biological Resources

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2015-12

  • 과제시작년도

    2015

  • 주관부처

    환경부
    Ministry of Environment

  • 등록번호

    TRKO201600001548

  • 과제고유번호

    1485013407

  • DB 구축일자

    2016-05-21

  • DOI

    https://doi.org/10.23000/TRKO201600001548

  • 초록 


    In this study, the patttern of bacterial communites were analyzed using pyrosequencing in three waste mine tailings at Kyung-gi H...

    In this study, the patttern of bacterial communites were analyzed using pyrosequencing in three waste mine tailings at Kyung-gi Hwasung, Kyung-buk Bongwha and Dae-gu Dalsung. The statical correlation was analyzed between bacterial communites and environmental parameters. And four prokaryotes were isolated from waste mine tailings.
    More than 1,791 type strains of full length 16S rDNA were sequenced from three waste mine tailings. We confirmed that the bacterial communites were affected with various environmental parameters: C/N ratio, TN, concentration of heavy metals, soil texture. Herminiimonas sp. AS8 and Herbaspirillum sp. AS3 were isolated as novel species candidate. Rhodococcus sp. AS13 and Dyella sp. AD32 were isolated as unrecorded species candidate. Also the draft genome sequences of above four strain were determined by a combination of PacBio system. Especially, the high capacity of arsenic oxydation was proved for Herminiimonas sp. AS8. All culture strains obtained from the present study were catalogued and deposited in the National Institute of Biological Resources (NIBR) of Korea as the national biological resources.


    4. 연구결과
    가. 폐광미 원핵생물의 서식특성 분석을 위한 지역별 토양 시료의 중금속 및 이화학성 정보 확보
    1) 조사지점별 중금속(카드뮴, 구리, 납, 아연, 비소) 분석결과 모든 지역에서 구리‧납‧아연의 농도가 높고,...

    4. 연구결과
    가. 폐광미 원핵생물의 서식특성 분석을 위한 지역별 토양 시료의 중금속 및 이화학성 정보 확보
    1) 조사지점별 중금속(카드뮴, 구리, 납, 아연, 비소) 분석결과 모든 지역에서 구리‧납‧아연의 농도가 높고, 봉화는 다른 지역에 중금속 농도가 높음
    2) 조사지점별 이화학성(pH, 탄질비, 전기전도도, 온도, 입도) 분석결과
    가) 화성과 달성은 평균 pH가 각각 6.2와 3.9이며 표층과 심층간 큰 차이가 없으나 봉화는 표층이 pH 5.9, 심층이 pH 3.1로 깊이별 차이가 큼
    나) 탄질비와 전기전도도는 봉화가 높으며, 온도는 전반적으로 표층이 심층보다 1∼5℃높음
    다) 입도는 화성이 사질양토, 달성은 양토이며 봉화는 양질사토와 사질양토 등으로 이루어져 있음
    나. 폐광미 서식 극한 원핵생물의 유전적 종 다양성 정보 확보
    1) NGS 시퀀싱을 통해 시료당 410에서 2,944개의 분류대상 원핵생물의 유전자 정보를 확보
    2) 각 시료의 종 수준의 계통형은 시료에 따라 152에서 1,791종으로 다양하게 나타남
    3) pH가 양호하고 중금속 오염도가 낮은 화성의 종다양성은 최대 1,791종으로 봉화(최대 780종) 및 달성(최대 534종) 보다 높은 것으로 확인됨
    4) 화성지역은 Proteobacteria 문, Acidobacteria 문, Actinobacteria 문 순으로 우점하고, 봉화는 Proteobacteria 문, 달성은 Acidobacteria 문, Proteobacteria 문 순으로 우점하는 것이 확인됨
    5) 상대적으로 환경이 양호한 화성은 기타분류 종들이 전체 군집의 100% 가까이 차지하고 있어 봉화와 달성에 비해 종 다양성이 높음
    다. 원핵생물 군집(종 다양성)과 서식환경 특성 간의 상관관계 분석
    1) 전반적으로 군집구성은 지역별로 구성되는 추세이나 봉화시료 중 표층 시료들은 차이를 나타내고 있으며, 탄질비, 총탄소원, 전기전도도 등 여러 요인이 복합적으로 작용하고 있는 것으로 판단됨
    2) 달성시료 중 한 개 시료는 봉화지역 군집으로 분류가 되고 있으며, 이는 중금속의 농도가 동일 지역내에서도 높아 봉화지역 환경과의 유사하기 때문인 것으로 사료됨
    라. 신종/미기록종 후보 4종 발굴 및 종별 유전체 분석
    1) 달성지역 시료로부터 2종(Herminiimonas sp., Herbaspirillum sp.)의 신종 후보 및 2종(Rhodococcus erythropolis, Dyella japonica)의 미기록종 후보 발굴
    2) 4종 모두 낮은 pH와 비소에 내성이 있는 균주들이며, 특히 Herminiimonas sp.의 경우 비소 산화 능력이 높아 향후 토양환경 정화에 이용될 가능성이 높음
    3) 발굴된 4종의 전체 유전체 정보분석 : 약 3백만에서 7백만 염기로 구성되어 있음


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 참여 연구진 ... 3
    3. 요약문 ... 5
    4. 목차 ... 8
    5. 표목차 ... 10
    6. 그림목차 ... 11
    7. Abstract ... 13
    8. I. 서 론 ... 15
    9. II. 연구내용 및 방법 ... 19
    10. 1. 폐광미 토양시료 ...
    1. 표지 ... 1
    2. 참여 연구진 ... 3
    3. 요약문 ... 5
    4. 목차 ... 8
    5. 표목차 ... 10
    6. 그림목차 ... 11
    7. Abstract ... 13
    8. I. 서 론 ... 15
    9. II. 연구내용 및 방법 ... 19
    10. 1. 폐광미 토양시료 채취 ... 19
    11. 가. 시료 채취 지역 ... 19
    12. 나. 시료 채취 ... 20
    13. 2. 입도 및 이화학성 분석 ... 20
    14. 3. 중금속 분석 ... 20
    15. 4. NGS를 이용한 원핵생물 군집 분석 ... 21
    16. 5. 원핵생물 군집 다양성과 환경 인자간의 상관관계 분석 ... 22
    17. 6. 유용 원핵생물의 발굴 및 특성 분석 ... 22
    18. 가. 균주 분리 ... 22
    19. 나. 균주 동정 ... 23
    20. 다. 비소 산화 균주의 발굴 ... 24
    21. 라. 선별된 균주의 비소 내성 및 성장곡선 측정 ... 26
    22. 마. 선별된 균주의 API strip 및 Biolog plate 시험 ... 26
    23. 7. 신종/미기록 후보종의 유전체(whole genome sequencing) 분석 ... 26
    24. 가. PacBio system을 이용한 분석 ... 26
    25. 나. Illumina MiSeq system을 이용한 분석 ... 27
    26. III. 연구결과 ... 29
    27. 1. 폐광미 토양 조건 ... 29
    28. 2. 폐광미 토양시료의 입도 및 이화학적 특성 ... 30
    29. 가. 토양시료의 입도 특성 ... 30
    30. 나. 토양시료의 산도(pH) 특성 ... 30
    31. 다. 토양시료의 전기전도도(EC) 특성 ... 30
    32. 라. 토양시료의 탄질비(C/N ratio) 특성 ... 32
    33. 마. 토양시료의 온도 특성 ... 32
    34. 3. 폐광미 토양시료의 중금속 농도 특성 ... 34
    35. 4. 폐광미 적재장 토양의 원핵생물 군집 특성 ... 38
    36. 가. 원핵생물의 종(種) 풍부도와 다양성 ... 38
    37. 나. 폐광미 토양시료 간의 원핵생물 군집 비교 ... 38
    38. 5. 원핵생물 군집 다양성과 환경 인자간의 상관관계 ... 45
    39. 가. 문(門) 수준에서의 상관관계 분석 ... 45
    40. 나. 속(屬) 수준에서의 상관관계 분석 ... 45
    41. 6. 유용 원핵생물의 발굴 및 특성 ... 48
    42. 가. 균주 분리 ... 48
    43. 나. 비소 내성 균주의 분리 ... 54
    44. 다. 비소 산화 시험 ... 56
    45. 라. 산화능이 확인된 AS8 균주의 성장곡선 측정 및 시간별 산화 ... 57
    46. 마. API strip, Biolog plate 시험 ... 58
    47. 바. 최종 선별된 균주의 계통수 분석 및 생화학적 특성 ... 62
    48. 7. 신종/미기록 후보종의 유전체(whole genome sequencing) 특성 ... 69
    49. 가. Rhodococcus sp. AS13 유전체 ... 69
    50. 나. Herbaspirillum sp. AS3 유전체 ... 72
    51. 다. Dyella sp. AD32 유전체 ... 75
    52. 라. Herminiimonas sp. AS8 유전체 ... 78
    53. IV. 고 찰 ... 81
    54. VI. 참고문헌 ... 83
    55. 끝페이지 ... 86
  • 참고문헌

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