雪氷圏は過去の環境条件の下で持続保存生物へのアクセスを提供しています。プロトコルは、収集し、土壌や氷の永久凍土コアを除染するために提示されています。外因性コロニーとDNAの不在が検出された微生物は、掘削や処理からの材料ではなく、汚染を表すことを示唆しています。
雪氷圏は過去の環境条件の下で持続保存生物へのアクセスを提供しています。プロトコルは、収集し、土壌や氷の永久凍土コアを除染するために提示されています。外因性コロニーとDNAの不在が検出された微生物は、掘削や処理からの材料ではなく、汚染を表すことを示唆しています。
雪氷圏は、過去の環境条件下で存続した保存された生物へのアクセスを提供します。実際、これらの凍結した物質は、膨大な期間にわたる条件を反映している可能性があり、内部に潜んでいる生物学的物質の調査は、古代の環境についての洞察を提供する可能性があります。これらの生態系を適切に解析し、凍結した土壌や氷から意味のある生物学的情報を抽出するためには、凍結した試料を適切に収集し、処理する必要があります。これは、微生物やDNAの分析では特に重要であり、存在するコミュニティは現代のコミュニティとは大きく異なる可能性があります。ここでは、凍結したコアを成功裏に収集して除染するためのプロトコルを示します。外面のドーピングに使用されたコロニーが存在しないことと外因性DNAの両方が、凍結したコアの除染に成功したこと、および検出された微生物がコアの掘削や処理による汚染ではなく、材料からのものであったことを示唆しています。
雪氷圏( 例えば 、永久凍土の土壌、氷の特徴、氷、雪、フィルン、氷は)過去の環境条件の下で持続する生物の種類に垣間見ることができます。これらの基板が堆積するので凍結保存古い何千年もの間、その微生物群集、数十〜数百することができますので、古代の環境条件を反映しています。適切にこれらの生態系を分析し、凍結した土壌や氷から意味のある生物学的情報を抽出するには、凍結試料の適切な回収方法や処理が必要です。 21世紀のための気候予測は北極と亜北極地域1における顕著な温暖化の可能性を示しているので、これは最も重要です。具体的には、インテリアアラスカやグリーンランドは、2100年2,3によってそれぞれ約5℃〜7℃で、温めることが期待されます。これは、大幅に土壌や水生微生物群集に影響を与えることが予想されるので、関連されます生物地球化学的プロセス。気温の上昇と変更された沈殿政権は、潜在的に厚く、季節解凍(アクティブ)につながる多くの地域2-5の永久凍土の劣化6,7、凍結した土壌の解凍、およびなどの大規模な氷体の融解をレイヤーを開始することが期待されていますグランドアイス、アイスウェッジ、および分離氷8。これは劇的にこれらの生態系における植物や動物の生物多様性に加えて、生物地球化学的属性を変更します。
氷河氷とsyngenetic永久凍土の堆積物と氷の特徴は、化学的および機能が形成された時にそこに住んでいたものを表す環境の生物学的証拠を閉じ込められています。たとえば、インテリアアラスカで、イリノイ州のウィスコンシンの両方が永久凍土が存在している熟成させ、特にこの永久凍土が存在IMPAの生物学的および地球化学的証拠を含む(YBP)の前に15万年に現代の出会い系からのユニークな場所を提供します生物多様性に関する過去の気候の変化のCT。その結果、これらの堆積物は何千年もかけて生物地球化学と生物多様性の記録を提供します。面積が低い沈降速度を有しており、氷河ではありませんでしたので、邪魔されずにサンプルが土壌断面に垂直に掘削やトンネルに水平掘削いずれかで、収集と分析のためにアクセス可能です。さらに重要なのは、大規模なレコードは、特にこの領域9-14で永久凍土のユニークな生物地球化学的特徴を強調することを存在します。具体的には、DNA分析のアプリケーションは両方現存し、古代の氷と永久凍土試料中の生物多様性の有無と程度を推定するためには、特定の生物による占領に古代の環境条件の連携や生息地の探査を可能にします。
各研究はdiffereを使用しても以前の研究では、50kのYBP 11、15-19に遡るサンプルから哺乳動物、植物や微生物の気候への影響を確認しました永久凍土や氷床コアを収集し、除染するためのntの方法論。特定の方法は、外来核酸はまた、試料から除去されたかどうかを明らかにしなかったもののいくつかの例において、掘削コアは、16、20-21を滅菌しました。他の研究では、細菌の分離株15( 例えば 、 セラチア・マルセッセンス )、ならびに蛍光ミクロスフェア22は、除染手順の有効性を測定するために使用されてきました。
この実験は、後方に約40kのYBPまでさかのぼる永久凍土サンプルから微生物群集を調査する大規模な研究の一部でした。研究のこの部分の具体的な目的は、成功した氷と永久凍土コアを除染することでした。我々の知る限り、いかなる方法論は、凍結されたコアの外側部分から外国の核酸および関連するヌクレアーゼを排除するために設計されたソリューションの使用を統合していません。これは、これらのソリューションはcommonlであるという事実にもかかわらずですyは、分子の実験のための実験装置を除染するために使用されます。
コアを除染した後、ゲノムDNAをグリフィスら 23及びトウらによって開発されたプロトコルを用いて抽出した。24、分光光度計を用いて定量し、反応あたり20 ngのを達成するために、無菌の、DNAを含まない水で希釈しました。 600秒間95℃で45サイクル行った:細菌の16S rRNA遺伝子は、rRNA遺伝子を、プライマーアーチ349Fとアーチ806Rと、以下の条件でTMアーチ516F 26をプローブで増幅したプライマー331Fおよび797Rで増幅し、BacTaq 25と古細菌の16Sをプローブしました。 30秒間、95℃、57℃60秒間、および72℃での30秒間の40℃での最終伸長で25秒間。すべてのqPCR反応は二連で行いました。 20μlの反応容量は、20 ngのDNA、プライマーの10μM、プローブの5μM、および定量PCR反応ミックス10μlのを含んでいました。標準FOR細菌および古細菌の定量PCRは、それぞれ、 シュードモナス・フルオレッセンスおよび好塩菌のsalinarumからのゲノムDNAを用いて調製しました。両方とも、数期まで成長させました。プレートカウントを実施し、DNAを培養物から単離しました。ゲノムDNAはH.ためのゲノム当たり16S rRNA遺伝子の1と6のコピーを仮定した分光光度計で定量しましたsalinarumとP.それぞれ27-28、 フルオレッ 。細菌および古細菌の遺伝子のコピー数は、標準曲線に基づいて計算された、治療間不等分散を考慮して対数変換し、ANOVAによって評価しました。
コミュニティ組成物は、16S rRNA遺伝子の配列を決定するフローセルと、ブリッジ増幅技術を使用し、「微生物の生態に定量的洞察'(QIIME)29でコミュニティを分析することによって決定しました。順方向および逆方向読み込みを接合し、その後の配列は、ろ過し、インデックス付けされました、高品質の代表者は、参照データベースとの配列アラインメントを経て新たに操作的分類単位(OTU)の割り当てのために選択しました。整列された配列は、分類学上の割り当てのための別個の基準データベースと比較しました。門レベルのOTUテーブルは、一般的なコミュニティの組成を決定するために作成されました。
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1.機器の準備や永久凍土コアコレクション
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3.アイスコアと永久凍土からの核酸抽出のためのサブサンプルを入手
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提示された方法は、氷河からの永久凍土に、様々な雪氷圏環境から収集した凍結試料を除染するために使用することができます。ここでは、特に工学研究開発センターから収集した氷と永久凍土サンプルから収集したデータを提示-フォックス、AK( 図1Aおよび1B)に位置する寒冷地調査及び技術研究所(ERDC-CRREL)永久凍土トンネル。永久凍土トンネルは、ゴールドストリーム谷の側に約110メートルを拡張し、氷の豊富なシルトや沖積層30-31へのアクセスを提供します。アイスウェッジと凍土からのサンプルを注意深くサンプリングの時点では10月24日2014年のトンネルの壁から三重に収集した、永久凍土壁の温度は-2.9℃でした。サンプルはから35メートルと60メートルで、トンネルのポータル、および凍土からアイスウェッジ機能約27メートルから採取しましたトンネルのポータル( 図1Cおよび1D)。特別なケアは、氷と永久凍土コア(
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雪氷圏は過去の環境条件の下で持続保存生物へのアクセスを提供しています。回収された分類群は完全な歴史的なコミュニティを表していないかもしれないが、氷河や永久凍土サンプルの分析から回収されたものは、選択期間15-16に関する貴重な歴史的な情報を得ることができます。例えば、意味のある生体情報は、解凍33の結果としての炭素循環プロセスを調査アイスグリーンランド氷床20に嫌気活動を調査研究し、永久凍土の研究から引き出されており、ベーリング地峡16に永久凍土からの真菌の多様性への洞察を提供してきました。適切なサンプル収集及び除染は、これらの凍結された材料内の生物群集を調査するために下流分析を行う前に発生しなければなりません。これらの手順は、データを解釈する上で重要な意味を持っているにもかかわらず、多くの研究は、サンプルがワット方法についての具体的な詳細を提供していませんERE収集および処理または画像が凍結された材料を処理する方法を示します。例えば、以前の研究では、これらの物質の正確な濃度は記載されていなかったものの、蛍光マイクロスフェアまたは既知の細菌...
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著者らは開示するものは何もない。
この作業は、米国陸軍工兵研究開発センター、基礎研究プログラムオフィスを通じて資金提供されました。この情報の公開は、エンジニアのチーフによって付与されています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Auger | Snow, Ice, and Permafrost Research Establishment (SIPRE), Fairbanks, AK | ||
| 70% Isopropanol | Walmart | 551116880 | |
| 95% Ethyl Alcohol (denatured) | Fisher Scientific, Pittsburgh, PA | A407-4 | |
| DNA decontamination solution, DNA Away | Molecular Bio-Products, Inc., San Diego, CA | 7010 | |
| RNase decontamination solution, RNase | Away Molecular Bio-Products, Inc., San Diego, CA | 7002 | |
| ライトデューティースーツ | キンバリークラークプロフェッショナル、ジョージア州ロズウェル | 10606 | |
| ニトリルグローブ | フィッシャーサイエンティフィック、ピッツバーグ、ペンシルバニア | 州FFS-700 | |
| 抗ウイルスマスク | キュラド、ウォルグリーン | CUR3845 | |
| 滅菌サンプルバッグ | ナスコ、フォートアトキンソン、ウィスコンシン | B01445 | |
| 鋼ミクロトームブレード | B-シャープマイクロナイフ、ウェイクフォレスト、NC | ||
| メタルラック | CRREL、ハノーバー、ニューハンプシャー | ||
| トレイ | ハンディペイント製品、チャナッセン、ミネソタ州 | 7500-CC | |
| アルミホイル | ウエスタンプラスチック、テメキュラ、CA | ||
| 500 mlボトル、0.22 μm フィルター | コーニング、コーニング、ニューヨーク | 430513 | |
| Serratia marcescens | ATCC、マナッサス、バージニア | 17991 | |
| バイオセーフティ フード | NuAire、プリマス、ミネソタ州 | NU-425-400 | |
| ペトリ皿 | フィッシャー サイエンティフィック、ピッツバーグ、ペンシルバニア | FB0875712 | |
| ATCC 寒天 181- トリプトン | アクロス オーガニックス、ニュージャージー州 | 61184-5000 | |
| ATCC 寒天 181- グルコース | フィッシャー サイエンティフィック、ピッツバーグ、ペンシルバニア | BP381-500 | |
| ATCC 寒天 181- 酵母抽出 | フィッシャー サイエンティフィック、ピッツバーグ、ペンシルバニア | BP1422-500 | |
| ATCC 寒天 181- リン酸二カリウム | JT ベイカー、フィリップスバーグ、ニュージャージー州 | 3252-01 | |
| ATCC 寒天 181- 寒天 | Difco、スパークス、MD | 214530 | |
| NanoDrop 2000 紫外可視分光光度計 | Thermo Fisher Scientific, Wilmington, DE | ||
| Lightcycler 480 System | Roche Molecular Systems, Inc., Indianapolis, IN | ||
| em>Halobacterium salinarum | American Type Culture Collection (ATCC), マナッサス, VA | ||
| em>Pseudomonas fluorescens | American Type Culture Collection (ATCC), バージニア | ||
| 州マナッサス微生物DNA分離キット | MoBio Laboratories, Carlsbad, CA | 12224-50 | |
| 耳の保護 | Elvex | EP-201 | |
| ヘルメット | |||
| Kimwipes | Kimberly-Clark Professional, Roswell, GA | 34705 | |
| グラスウール | パイレックス | 430330 | |
| 定規 | |||
| 計量缶 | フィッシャーサイエンティフィック、ピッツバーグ、ペンシルバニア | 08-732-100 | |
| 塩化ナトリウム | グマアルドリッチ、セントルイス、ミズーリ | 州S-9625 | |
| カリウム | JTベイカー、フィリップスバーグ、ニュージャージー | 州3040-04 | |
| カリウム、モノベーシック | JTベイカー、フィリップスバーグ、ニュージャージー | 州 3246-01 | |
| カリウム、二塩基 | JTベイカー、フィリップスバーグ、ニュージャージー州 | 3252-01 | |
| リン酸ナトリウム二塩基性、無水 | ッシャーサイエンティフィック、ピッツバーグ、ペンシルバ | 州BP332-500 | |
| 50 ml遠心チューブコー | ニング、コーニング、ニューヨーク | 4558 | |
| 2 ml微量遠心チューブMoBio | 研究所、カールスバッド、カリフォルニア州 | 1200-250-T | |
| 2 mlセラミックビーズチューブ(1.4 mm) | MoBio Laboratories, Carlsbad, CA | 13113-50 | |
| Scoopula | Thermo Fisher Scientific, Wilmington, DE | 1437520 Balance | |
| Ohaus, Parsippany, NJ | E12130 | ||
| ジエチルピロカーボネート (DEPC) | Sigma Aldrich, St Louis, MO | D5758 | |
| 臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニア (CTAB) | Acros Organics, NJ | 22716-5000 | |
| ポリエチレングリコール8000 | Sigma Aldrich, St Louis, MO | P5413-1KG | |
| フェノール-クロロホルム-イソアミルアルコール (25:24:1) (pH 8) | Fisher Scientific, Pittsburgh, PA | BP1752-400 | |
| Centrifuge | Eppendorf, Hauppauge, NY | 5417R | |
| クロロホルム-イソアミルアルコール (24:1) | Sigma Aldrich, St Louis, MO | C0549-1PT | |
| TE Buffer | Ambion (Thermo Fisher), Wilmington, DE | AM9860 | |
| Pipets | Rainin, Woburn, MA | Pipet Lite XLS, 2, 10, 200, and 1,000 µl ピペット | |
| ピペットチップ | レイニン、ウーバーン、マサチューセッツ州 | レイニン LTS 滅菌済み、ローリテンション、フィルター付きチップ、10、20、200、1,000 &マイクロ;l | |
| Vortexor | Scientific Industries, Bohemia, NY | G-560 | |
| Vortex Adaptor | MoBio Laboratories, Carlsbad, CA | 13000-V1 | |
| Clear Bottle | Corning, Corning, NY | C1395500 | |
| Amber Bottle | Corning, Corning, NY | C5135250 | |
| Bottle Top Filters, 0.22 &マイクロ;m | コーニング、コーニング、ニューヨーク | 430513 | |
| 60 ml シリンジ | ベクトン、ディッケンソン アンド カンパニー、フランクリン レイクス、ニュージャージー | 州 BD 309653 | |
| Millex シリンジ フィルター、0.22 μm | EMD Millipore, Billerica, MA | SLGV033RB 70 | |
| % Ethanol | Fisher Scientific, Pittsburgh, PA | BP2818-500 | diluted & filter sterilized |
| Isotemp 100 L Oven | Fisher Scientific, Pittsburgh, PA | 151030511 | |
| Cell Spreader | Fisher Scientific, Pittsburgh, PA | 08-100-10 | |
| Disposable Inoculating Loops | Fisherサイエンティフィック、ピッツバーグ、ペンシルバニア | 州22-363-602 |
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