Công cụ Blastpby được sử dụng trong so sánh các ORF với cơ sở dữ liệu NR để tiến hành phân loài. Cấp độ phân loài của mỗi ORF được xác định bằng thuật toán dựa trên cơ sở LCA (Least Common Ancestors) được sử dụng trong phần mềm MEGAN (MEtaGenomic ANalyser). Thuật toán LCA sẽ xếp trình tự vào nhóm phân loại mà cấp độ phân loại của nhóm phân loại đó phản ánh được mức độ bảo thủ của trình tự gen. Kết quả so sánh các ORF với dữ liệu NR cho thấy, 77,22% trong tổng số 125.431 ORF đã được phân loại ở mức độ ngành; 4,67% các ORF chưa xác định được ngành phân loại và 18,12% các ORF không có trong cơ sở dữ liệu NR (Bảng 3.5). Kết quả đa dạng loài được thể hiện như trong Hình 3.11 và Bảng 3.6.
Hình 3.11: Đa dạng vi sinh vật cộng sinh trong ruột mối C. gestroi.
Bảng 3.6: Đa dạng loài các vi sinh vật (đã đƣợc định tên) cộng sinh trong C.
gestroi:
Nhóm sinh vật Ngành Lớp Bộ Họ Chi Loài
Archaea 4 10 15 21 47 61 Bacteria 22 41 97 217 628 1368 Eukaryota 20 14 25 33 43 24 Archaea 0,42% Bacteria 80% Eukaryota 0,58% Viruses 0,2% Chƣa phân loại 18,8%
Đa dạng vi sinh vật trong ruột mối
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Viruses 1 11 13 7
Tổng 46 65 138 282 731 1460
Kết quả khai thác đa dạng loài từ dữ liệu DNA metagenome thu được cho thấy, trong tổng số các ORF đã được phân loại tới giới (kingdom) (gần 82% tổng các ORF thu được) thì có tới 80% các ORF thuộc về vi khuẩn; 18,8% số ORF là chưa phân ngành được; chỉ còn lại một số ít (1,02%) là có nguồn gốc từ virút, cổ khuẩn và sinh vật nhân thật (gồm có nấm và động vật nguyên sinh) (Hình 3.11). Điều đó có nghĩa là DNA vi khuẩn chiếm đa số trong mẫu DNA metagenome thu thập được. Kết quả này tương tự với kết quả so sánh DNA metagenome thu thập được với dữ liệu genome của vi khuẩn của NCBI (85% trình tự là của vi khuẩn), khẳng định một lần nữa chất lượng DNA metagenome hệ vi khuẩn ruột mối tách được là rất tốt, chủ yếu là của vi khuẩn. Tổng số 1460 loài đã được xác định là có mặt trong ruột mối thông qua phân tích mẫu DNA metagenome của hệ vi khuẩn ruột mối, trong đó vi khuẩn có độ đa dạng cao nhất, với 1368 loài (chiếm tới 93,7% tổng số loài), gấp nhiều lần so với ước tính của Kudo và cộng sự [42]. Các vi sinh vật được xác định thuộc về 46 ngành khác nhau, trong đó vi khuẩn (22 ngành) và sinh vật nhân chuẩn (20 ngành) có sự đa dạng ngành cao nhất. Đại diện cả 4 ngành cổ khuẩn đều có mặt trong hệ vi sinh vật ruột mối C. gestroi với 61 loài, nhưng chủ yếu là thuộc ngành Euryarchaeota. 83% trong số đó là cổ khuẩn sinh methane, trong đó đa số (61%) là thuộc bộ Methanobacteriales. Con số này cũng phù hợp với nhận định về sự chiếm ưu thế của cổ khuẩn sinh methane [32] và sự kém đa dạng của cổ khuẩn trong ruột mối bậc thấp [10]. Một điều thú vị là có tới 7 loài virút, phần lớn thuộc bộ Caudovirales đã được xác định là có mặt trong mẫu DNA metagenome thu thập. Caudovirales là thể thực khuẩn, nên có khả năng lây nhiễm và sinh sản trong các vi khuẩn cộng sinh trong ruột mối. Hiện vẫn chưa có một công bố nào về sự tồn tại của virút trong ruột mối.
Sau khi khai thác các dữ liệu thu được từ giải trình tự DNA metagenome hệ vi khuẩn ruột mối thu thập được, chúng tôi nhận thấy vi khuẩn có độ đa dạng rất cao trong ruột mối C. gestroi, gồm 1368 loài thuộc 628 chi, 217 họ, 97 bộ, 41 lớp và 22
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
ngành (Bảng 3.6). Trong khi đó, theo thống kê của Brune (2011) thì chỉ mới tìm thấy 15 ngành vi khuẩn khác nhau cộng sinh trong ruột mối [11]. Công cụ metagenomics thông qua giải toàn bộ trình tự metagenome cho phép khai thác đầy đủ và tổng thể hơn đa dạng loài vi sinh vật có trong mẫu môi trường. Vi khuẩn ngành Firmicutes chiếm số lượng nhiều nhất (22,48%) trong ruột mối C. gestroi. Tiếp đến là vi khuẩn
Proteobacteria và Spirochaetes với tỷ lệ xuất hiện trong ruột mối tương ứng là 17,84% và 17,4%. Bacteroidetes xếp vị trí thứ ba về mức độ đông đúc, chiếm khoảng 11,6% số lượng hệ vi khuẩn cộng sinh trong ruột mối C. gestroi. 1,6% vi khuẩn chưa xác định
được ngành, còn lại (29,08%) là vi khuẩn thuộc các ngành khác (Hình 3.12), gồm có Synergistetes, Planctomycetes, Actinobacteria, Cyanobacteria, Verrucomicrobia, Fusobacteria, Chloroflexi, Chlorobi, Acidobacteria, Deinococcus-Thermus, Nitrospirae, Tenericutes, Fibrobacteres, Dictyoglomi, Lentisphaerae, Chlamydiae, Poribacteria và Caldiserica.
Hình 3.12: Đa dạng các ngành vi khuẩn sống cộng sinh trong ruột mối C. gestroi. Thành phần quần xã vi khuẩn cộng sinh rất giống nhau giữa các loài mối trong cùng một chi, nhưng lại thay đổi mạnh giữa hai chi mối [42]. So sánh với kết quả
22,48% 17,84% 17,4% 11,6% 4,27% 1,14% 0,48% 23,18% 1,6%
Đa dạng hệ vi khuẩn cộng sinh trong ruột mối C. gestroi
Firmicutes Proteobacteria Spirochaetes Bacteroidetes Synergistetes Planctomyces Actinobacteria Ngành khác Chưa phân ngành
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
nghiên cứu đa dạng hệ vi khuẩn ruột mối C. formosanus [74], chúng tôi thấy rằng, cả
C. gestroi và C. formosanus đều sở hữu hệ vi khuẩn cộng sinh có thành phần loài rất
giống nhau, chủ yếu thuộc các ngành Firmicutes, Spirochaetes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria, Planctomycetes và Synergistes. Tuy nhiên, độ đông đúc của các nhóm vi khuẩn lại có thể rất khác nhau. Trong khi Proteobacteria là nhóm vi khuẩn đông đảo thứ hai trong ruột mối C. gestroi (17,84%) thì chỉ có một số ít vi khuẩn ruột mối C. formosanus thuộc nhóm Proteobacteria [74]. Vi khuẩn bộ Bacteroidales chỉ chiếm 9,6% số vi khuẩn ruột mối C. gestroi, nhưng lại chiếm tới
70% hệ vi khuẩn cộng sinh trong ruột mối C. formosanus [74, 90]. Sự khác nhau về tỷ lệ có mặt giữa các nhóm vi khuẩn ruột mối ở hai loài Coptotermes này, ngoài do tính
đặc trưng loài vật chủ (mỗi một loài mối có một khu hệ vi khuẩn đặc trưng sống trong ruột của chúng), còn có thể là do chúng tôi đã sử dụng cách tiếp cận khác (giải toàn bộ trình tự metagenome) để khai thác và phân tích độ đa dạng loài vi khuẩn. Nghiên cứu đa dạng các loài vi sinh vật của một khu hệ mini sinh thái thông qua việc khai thác và phân tích toàn bộ dữ liệu trình tự metagenome từ mẫu môi trường cho phép khai thác đầy đủ và bao quát hơn đa dạng sinh học tồn tại trong mẫu môi trường đó, bởi vì gần như toàn bộ DNA metagenome của các loài vi sinh vật tồn tại trong mẫu môi trường (cả loài ưu thế và loài hiếm gặp) đều được thu lại, giải trình tự, sau đó so sánh với dữ liệu có sẵn để tiến hành phân loại. Trong khi đó, bằng việc khuếch đại gen 16S rRNA vi sinh vật từ mẫu môi trường thông qua phản ứng PCR, gen của một số loài có thể không được khuếch đại do sự bắt cặp không đặc hiệu của mồi, dẫn đến sự tồn tại của những loài đó không được phát hiện. Ngoài ra, metagenome hệ vi khuẩn được tách từ mẫu mối C. gestroi thu thập được từ các địa điểm khác nhau, dẫn đến số lượng loài
được khai thác từ mẫu metagenome này có thể sẽ đa dạng hơn so với được khai thác từ metagenome hệ vi khuẩn của mẫu mối C. gestroi được thu từ một điểm sinh thái nhất định.
Firmicutes và Proteobacteria là hai ngành vi khuẩn có độ đa dạng loài lớn nhất trong mẫu ruột mối thu thập được. Firmicutes là ngành vi khuẩn đông đảo nhất cả về
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
số lượng lẫn thành phần loài, với 429 loài thuộc 126 chi. Tuy mật độ vi khuẩn hai ngành Proteobacteria và Spirochaetes là ngang nhau, nhưng số loài của Proteobacteria gấp hơn 14 lần số loài của Spirochaetes, chứng tỏ vi khuẩn ngành Proteobacteria có sự đa dạng loài hơn, nhưng lại xuất hiện với mật độ loài thưa hơn vi khuẩn ngành Spirochaetes. Treponema, thuộc ngành Spirochaetes, là loài vi khuẩn chiếm ưu thế
nhất trong ruột mối C. gestroi, chiếm gần 15% tổng số hệ vi khuẩn cộng sinh trong (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
mẫu mối thu thập. Treponema cũng là loài vi khuẩn đông đúc nhất trong ruột mối bậc thấp [11]. Tiếp đến là Lactococcus (Firmicutes) chiếm 7,8% và Pseudomonas
(Proteobacteria) chiếm 4,6% tổng số vi khuẩn có mặt trong mẫu ruột mối thu thập được. Vi khuẩn Bacteroidetes có độ đa dạng cao (159 loài), tuy nhiên mật độ loài lại không lớn (Bảng 3.7).
Bảng 3.7: Đa dạng loài một số ngành vi khuẩn sống cộng sinh trong ruột mối C.
gestroi: Ngành Lớp Bộ Họ Chi Loài Tỷ lệ có mặt (%) Firmicutes 4 8 40 126 429 22,48 Proteobacteria 6 41 84 260 490 17,84 Spirochaetes 1 1 3 8 34 17,4 Bacteroidetes 4 5 13 67 159 11,6 Synergistetes 1 1 1 9 11 4,27 Planctomycetes 2 3 3 9 10 1,14 Actinobacteria 1 5 37 72 135 0,48