Categories
Reports

Rannsóknir á hitakærum örverum á háhitasvæðum á Reykjanesi, Hengilssvæði og Fremrinámum. Unnið fyrir Faghóp 1 í Rammaáætlun 3 / Thermophilic microorganisms from geothermal areas at Reykjanes, Hengill and Fremrinámar.

Author(s):

Edda Olgudóttir, Sólveig K. Pétursdóttir

Funded by:

Rammaáætlun 3 (RÁ3)

Rannsóknir á hitakærum örverum á háhitasvæðum á Reykjanesi, Hengilssvæði og Fremrinámum. Unnið fyrir Faghóp 1 í Rammaáætlun 3 / Thermophilic microorganisms from geothermal areas at Reykjanes, Hengill and Fremrinámar.

Yfirstandandi rannsókn var unnin á vegum Rammaáætlunar 3 og tók til háhitasvæða sem höfnuðu í biðflokki í RÁ2. Svæðin voru Trölladyngja og Austurengjahver á Reykjanesi, Fremrinámar og Þverárdalur og Innstidalur á Hengilssvæði. Markmið rannsóknarinnar var að meta fjölbreytileika og fágæti hitakærra örvera á ofangreindum svæðum. Aðferðafræðin byggðist á DNA greiningum óháð ræktun. DNA var einangrað úr sýnum og tegundagreinandi gen mögnuð upp og raðgreind og raðirnar bornar saman við raðir í genabönkum og úr fyrri rannsóknum. Alls var 118 sýnum safnað 2015 og tókst að raðgreina u.þ.b. 59% þeirra. Alls fengust um 10 milljónir 16S genaraða úr raðgreiningum sem lækkaði niður í tæplega sex milljónir eftir að öllum skilyrðum um gæði og lengd hafði verið fullnægt. Flestar raðir fengust úr Innstadal, eða 2.176.174, en fæstar 286.039 úr Trölladyngju. Fjölbreytileiki örvera á hverju svæði var metinn út frá samanburði á fjölda fylkinga, fjölda tegunda, söfnunarkúrfum og fjölbreytileikastuðli Shannons. Heildarfjöldi sýna og raða af hverju svæði var afar mismunandi og endurspegla fjölbreytileika þess. Þegar raðirnar voru flokkaðar til tegunda við 97% samsvörun kom í ljós að flestar tegundir komu úr Þverárdal, eða um 42 þúsund, en fæstar úr Trölladyngju, eða um 9 þúsund. Rúmlega 12 þúsund tegundir fundust í sýnum úr Fremrinámum, sem kom á óvart þar sem svæðið og sýnin virtust einsleit og ekki búist við slíkum fjölbreytileika. Allar helstu hverabakteríur fundust í sýnunum, bæði Fornbakteríur og Bakteríur. Sérstakir hópar fundust sérstaklega innan Thaumarchaeota fylkingarinnar. Mat á fjölbreytileika á einstökum svæðum með söfnunarkúrfum og fjölbreytileikastuðli miðaðist við minnstan fjölda raða eða 286.039 úr Trölladyngju. Mestur tegundafjölbreytileiki var í Þverárdal og Innstadal og minnstur við Trölladyngju og Austurengjahver, en Fremrinámar voru mitt á milli. Söfnunarkúrfur gáfu sömu niðurstöðu. Líffræðilegur fjölbreytileiki (H) gaf aðra röðun. Þar voru Þverárdalur og Fremrinámar með mestan fjölbreytileika (H= 8 og 7,7), þá Innstidalur en Trölladyngja og Austurengjahver (H=6) ráku lestina. Fágæti var metið út frá fjölda og hlutfalli óþekktra tegunda með samanburði við Silva gagnagrunninn. Fjöldi óþekktra tegunda var mestur í Þverárdal og Innstadal, báðir með rúmlega 1000, Fremrinámar með 756 og Trölladyngja og Austurengjahver með á fjórða hundrað óþekktar tegundir. Fágæti á landsvísu var metið með samanburði gagna af einstökum svæðum við fyrri rannsóknir og athugað hvort samsvörun ætti sér stað. Í ljós kom að jarðhitasvæðið í Fremrinámum hefur að geyma mikinn fjölda tegunda sem eiga sér ekki samsvörun á öðrum hverasvæðum.

The current project was requested by the Master Plan for Nature Protection and Energy Utilization and aimed at geothermal areas which had not been classified for preservation or utilization during Masterplan 2. The geothermal areas investigated were Trölladyngja and Austurengjahver at Reykjanes, Fremrinámar and Þverárdalur and Innstidalur at Hengill. The goal of the project was to estimate biodiversity and rarity of thermophiles inhabiting the areas mentioned. The methods used were DNA based and were performed on DNA extracted from primary samples (culture independent). Microbial species identification was performed by amplification and sequencing of 16S rRNA genes and comparison with sequence databases and previous research. A total of 118 samples were collected in 2015 of which 59% were sequenced. The total sequencing yield was 10 million reads, of which 6 million passed quality assessment and were used for downstream analyses. The largest proportion of the reads were obtained from Innstidalur samples, 2.176.174 reads, and the lowest proportion from Trölladyngja, 286.036 reads. The biodiversity of microorganisms within each area was estimated using the number of phyla and species, rarefaction curves and Shannons’ biodiversity index. The total number of species identified varied between sites and reflected the diversity of the geothermal area and the total amount of sequences obtained. Using a cut-off value of 97% similarity, the sequences were classified to the species level. The highest number of species, approximately 42.000, were identified in samples from Þverárdalur and the lowest number, approximately 9.000, in samples from Trölladyngja. Roughly 12.000 species were found in samples from Fremrinámar, which was surprising as the area and the samples appeared rather homogenous and such diversity was therefore not expected. All the main thermophilic taxa of the Bacteria and Archaea domains were identified in the samples. Unknown groups were found especially within the phylum of Thaumarchaeota. For the rarefaction and biodiversity index estimates the lowest number of sequence reads, Trölladyngja, was used as reference. The species diversity was found to be highest in Þverárdalur and Innstidalur, the lowest in Trölladyngja and Austurengjahver, and intermediate in Fremrinámar. Rarefaction curves showed the same results. The calculated biodiversity index (H) gave different results, indicating highest diversity in Þverárdalur and Fremrinámar (H=8 and 7,7 respectively), intermediate in Innstidalur (H=7.0) and lowest in Trölladyngja and Austurengjahver (H=6). Rarity was estimated as the number of species which could not be identified by comparison to the Silva database. The highest number of unidentified species was roughly 1000 in Þverárdalur and Innstidalur, 756 in Fremrinámar and between 300- 400 in Trölladyngja and Austurengjahver. The rarity was also estimated by comparing data obtained in the current project with data from previous projects. The analysis revealed a particularly high number of unique species in Fremrinámar that have not been identified in other geothermal areas in Iceland.

See full report