Diversity, Antimicrobial Activity and Genomic Features of Actinobacteria Isolated from Acidic Mine Area Soils :산성 폐석탄광산에서 분리한 방선균의 다양성, 항균 활성 및 유전체의 특성 연구

김민경

자료유형: 학위논문

저자정보: 김민경 (忠南大學校, 忠南大學校大學院)

지도교수: 김승범

발행연도: 2017

저작권: 忠南大學校 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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방선균은 다양한 생리학적, 대사적 능력을 갖기 때문에 연구자들에게 있어 매우 가치 있는 세균 군집이다. 이들 중 호산성 방선균은 아직 폭넓은 연구가 진행되지는 않았으나, 항진균 활성 물질을 포함한 신규 생리활성 물질들을 발굴하기 위한 좋은 자원으로 평가된다. 본 연구에서는 pH 6.8과 4.7인 두 폐석탄광산으로부터 토양 시료를 채취하여 산성 환경에서 존재하는 방선균의 분류학적 다양성과 생리활성 물질 생산자로서의 가능성을 확인하고자 하였다. 세균의 다양성은 배양 의존적 방법과, 차세대 염기서열 분석법(Next generation sequencing, NGS)을 통한 배양 비 의존적 방법으로 분석하였다. NGS 분석 결과, Proteobacteria가 가장 많은 비율을 차지하고 있는 분류군으로 나타났으며 Acidobacteria와 Actinobacteria가 그 뒤를 이었다. 반면, 배양을 통해 얻어진 분리주의 대부분이 16S ribosomal RNA 유전자의 염기서열을 바탕으로 한 분석에서 Streptomyces 속에 속하였다. 9주는 식물 병원성 곰팡이인 Colletotrichum acutatum, Rhizoctonia solani, Alternaria panax에 대하여 항진균 활성을 나타냈으며, 이 중 2주는 내산성인 호중성 균주들이었다. 위의 실험 결과를 바탕으로 선정한 대표 균주 Streptomyces sp. TW1S1의 유전체는 9.7 Mb로 G+C 함량은 71.1%에 달했다. 이 균주는 유전체 내에 생리활성 물질의 생산과 관련된 다양한 유전자군을 가지고 있었고 기존에 알려진 다른 미생물들의 유전자 군과 다양한 수치의 유사도를 보였다. 이를 통해 균주가 항진균 활성 물질뿐 아니라 또 다른 활성을 갖는 생리활성 물질을 생산할 수 있는 가능성이 높음을 확인하였다.

1. Introduction 1
2. Materials and Methods 4
2.1. Sampling 4
2.2. Culture-independent analysis of bacterial community 5
2.2.1. Extraction of metagenomic DNA 5
2.2.2. Microbial community analysis 5
2.3. Culture-based analysis of actinobacterial community 6
2.3.1. Isolation 6
2.3.2. Phylogenetic analysis 7
2.4. Characterization of actinobacterial isolates 8
2.4.1. pH requirement 8
2.4.2. Screening of antifungal activity 8
2.4.3. Screening of biosynthetic gene clusters 9
2.5. Taxonomic characterization of strain TW1S1 11
2.5.1. Phylogenetic analysis 11
2.5.2. Growth test 11
2.5.3. Fatty acid profiling 12
2.5.4. Antimicrobial activity 12
2.5.5. Analysis of metabolite profiles 13
2.6. Genome analysis of strain TW1S1 14
2.6.1. Extraction of genomic DNA 14
2.6.2. Genome sequencing, assembly and annotation 15
2.6.3. Mining of biosynthetic gene clusters for secondary metabolites 15
3. Results 16
3.1. Taxonomic composition of bacterial community 16
3.1.1. Culture-independent analysis 16
3.1.2. Culture-based analysis 20
3.2. Characterization of actinobacterial isolates 27
3.2.1. pH requirement 27
3.2.2. Screening of antifungal activity 27
3.2.3. Screening of biosynthetic gene clusters 32
3.3. Taxonomic characterization of strain TW1S1 34
3.3.1. Criteria for strain selection 34
3.3.2. Taxonomic characterization 34
3.3.3. Antimicrobial activity 39
3.3.4. Characterization of antifungal compound 39
3.4. Genome analysis of strain TW1S1 42
3.4.1. General properties of the genome 42
3.4.2. Mining of biosynthetic gene clusters for secondary metabolites 46
4. Discussion 50
5. References 53
SUMMARY (in Korean) 58
ACKNOWLEDGEMENT 61

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