北極微生物群集の研究に対する2つの16S RRNAプライマー（V3-V4およびV4-V5）の比較

北極海の微生物群集は、他の水生環境と比較して、その水平、垂直、および時間的な離職に関してあまり特徴付けられていません。しかし、最近の研究では、北極海洋生態系には、ほぼ凍結温度や極端な季節性などの過酷な環境条件に適応したユニークな微生物コミュニティメンバーが宿ることが示されました。小さなリボソームサブユニット（16S RRNA）の遺伝子は、一般的に自然環境における微生物群集の分類学的組成を研究するために使用されます。このマーカー遺伝子のいくつかのプライマーセットは、さまざまなサンプルセットで広範囲にテストされていますが、これらは通常、低緯度環境に由来しています。北極海の微生物群集を表す際のプライマーセットのパフォーマンスの明示的な評価は現在不足しています。さまざまな北極海洋生息地（海氷、地表水、海洋雪、深海盆地、深海堆積物）の微生物叢を研究するための適切なプライマーセットを選択するために、別のターゲットをターゲットにした2つの広く使用されているプラ​​イマーセット間の性能比較を実施しました。16S RRNA遺伝子の過可視領域（V3-V4およびV4-V5）。両方のプライマーセットは、総微生物群集の組成を属に下げたランクまで非常に類似していることが観察されました。これは、サブグループ固有の触媒レポーター沈着蛍光in situハイブリダイゼーション（Card-Fish）カウントによっても独立して確認されました。各プライマーセットは、特定の細菌分類群（たとえば、V3-V4によるクラスバクテロイド症、およびV4-V5による門門門）内でより高い内部多様性を明らかにしました。ただし、V4-V5プライマーセットは、北極圏の深海と堆積物のコミュニティの10〜20％を含む関連コンポーネントであるArchaeal Domainの同時カバーを提供します。両方のプライマーセットも同様に機能しますが、北極海洋環境で細菌と古細菌のコミュニティダイナミクスの両方を統合するためにV4-V5プライマーセットを使用することをお勧めします。

Microbial communities of the Arctic Ocean are poorly characterized in comparison to other aquatic environments as to their horizontal, vertical, and temporal turnover. Yet, recent studies showed that the Arctic marine ecosystem harbors unique microbial community members that are adapted to harsh environmental conditions, such as near-freezing temperatures and extreme seasonality. The gene for the small ribosomal subunit (16S rRNA) is commonly used to study the taxonomic composition of microbial communities in their natural environment. Several primer sets for this marker gene have been extensively tested across various sample sets, but these typically originated from low-latitude environments. An explicit evaluation of primer-set performances in representing the microbial communities of the Arctic Ocean is currently lacking. To select a suitable primer set for studying microbiomes of various Arctic marine habitats (sea ice, surface water, marine snow, deep ocean basin, and deep-sea sediment), we have conducted a performance comparison between two widely used primer sets, targeting different hypervariable regions of the 16S rRNA gene (V3-V4 and V4-V5). We observed that both primer sets were highly similar in representing the total microbial community composition down to genus rank, which was also confirmed independently by subgroup-specific catalyzed reporter deposition-fluorescence in situ hybridization (CARD-FISH) counts. Each primer set revealed higher internal diversity within certain bacterial taxonomic groups (e.g., the class Bacteroidia by V3-V4, and the phylum Planctomycetes by V4-V5). However, the V4-V5 primer set provides concurrent coverage of the archaeal domain, a relevant component comprising 10-20% of the community in Arctic deep waters and the sediment. Although both primer sets perform similarly, we suggest the use of the V4-V5 primer set for the integration of both bacterial and archaeal community dynamics in the Arctic marine environment.