Temporal and Spatial Variation in Microbial Communities of Aquatic Sediments in the Baltic Sea

Abstract

Mikrobipopulaatiot ovat olennainen osa jokaista ekosysteemiä. Tästä huolimatta alkueliöt ovat kuitenkin huomattavasti vähemmän tutkittuja prokaryootteihin verrattuna. Tämä maisteritutkielma tutkii mikrobipopulaatioiden diversiteettiä Itämeressä uuden sukupolven sekvensointimenetelmillä. Tutkimus keskittyy erityisesti alkueläinpopulaatioihin. Päämääränä on selvittää, kuinka Itämeren suolagradientti ja ajallinen vaihtelu vaikuttavat populaatioiden rakenteisiin. Hypoteesina on, että bakteeripopulaatioiden diversiteetti pysyisi tasaisena ajasta ja paikasta riippumatta, mutta alkueliöiden määrät vaihtelisivat enemmän. Työssä käytetyt näytteet kerättiin kolmelta eri näytteenottopaikalta neljästi vuodessa. Näytteet sekvensoitiin ja tulokset analysoitiin RStudio-ohjelmalla. Bakteereissa havaittiin merkittävää vaihtelua ajallisesti. Alkueliöiden diversiteetti vaihteli paikallisesti. Dinoflagellata oli suhteellisesti yleisin pääjakso elokuussa 2018 lähes kaikilla näytteenottopaikoilla, mutta määrä laski vuoden edetessä. Ochrophyta puolestaan kasvoi määrällisesti vuoden aikana. Syy tähän ilmiöön oli todennäköisesti vuoden 2018 elokuun korkea lämpötila. Tulokset eivät noudattaneet hypoteesia, jonka mukaan alkueliöt olisivat alttiimpia ympäristötekijöille, sillä bakteereiden diversiteetin vaihtelu ajallisesti oli vastoin odotuksia.

Microbe populations are essential for every ecosystem and have various functions. However, protists are notably less studied compared to prokaryotic microbes. This master’s thesis focuses on studying the diversity of microbe populations in the Baltic Sea using next-generation sequencing. The focus is especially on the protist diversity. The aim is to find out whether the salinity gradient and seasonal changes have an effect on the structure of the microbe population. It was hypothesized that the bacterial diversity would remain steady throughout the year regardless of surrounding conditions, while protists would experience more variation. The samples used in the thesis were taken from three different sites with varying salinity in the Baltic Sea. The sampling was repeated four times throughout the year. The samples were sequenced and the results were statistically analyzed with RStudio. Bacteria showed significant temporal variation in diversity, with Cyanobacteria and Proteobacteria being the most common phyla. Protist populations varied spatially. More variation could be seen on the class level. Dinoflagellata were the most abundant phylum in nearly all sites in August 2018, but declined throughout the year, while the abundance of Ochrophyta grew. This was most likely due to exceptionally high temperatures during August 2018.