The effects of gut microbiota on fitness in Daphnia magna
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2782523Utgivelsesdato
2020Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Samlingen av mikrobielle samfunn i magetarmkanalen er formet av vertens genetikk, individer innen samme art og habitat, og miljøfaktorer. Endringer i sammensetningen til det mikrobielle samfunnet kan påvirke vertens fysiske og psykiske helse. Varierende artsrikdom og relativ forekomst av operasjonelle taksonomiske enheter (OTU) i den mikrobielle sammensetningen er et resultat av de økologiske prosessene: spredning, artsdannelse, seleksjon og drift. Vannloppen Daphnia magna har tidligere blitt brukt til å undersøke hvordan enkelte slekter eller mangelen på mikrobiota påvirker fitness. Det er derimot ikke blitt undersøkt hvordan sammensetningen av mikrobiotaen påvirker fitness, unntatt variasjoner i sammensetningen knyttet til vertens død. Hypotesen i denne masteroppgaven var at sammensetningen av mikrobiotaen i tarmen påvirker fitnessen til D. magna. Fitness hos D. magna ble kalkulert for hver kultur som antall avkom dele på det kumulative antallet mordager. Variasjon i sammensetningen til det mikrobielle samfunnet i tarmen hos individer fra ulike kulturer kan trolig forklares med seleksjon og drift, og ikke på grunn av ytre forstyrrelser. På slutten av hver fase ble tarmene fra dafniene dissekert og sammensetningen av det mikrobielle samfunnet i tarmen ble bestemt med Illumina sekvensering av V3-V4 hypervariable regioner i 16S rRNA genet.Den registrerte fitnessen ble sammenlignet med den mikrobielle sammensetningen i tarmen, noe som avslørte forskjeller i relativ forekomst av OTUene mellom dafnier med høy og lav fitness. Tarmmikrobiotaen hos dafnier var dominert av rekkene Proteobacteria and Bacteroidetes. Forekomsten av Bacteroidetes var spesielt høy i kulturene med høy fitness sammenlignet med den gjennomsnittlige forekomsten av Bacteroidetes i de innsamlede tarmene. Bacteroidetes var derfor vurdert til å spille en fordelaktig rolle i mikrobiotaens effekt på fitness. Slekten det var mest av i dafnia-tarmene var Limnohabitants, som har blitt rapportert å ha en fordelaktig effekt på fekunditeten hos D. magna når den opptrer alene. I dette eksperimentet, derimot, ble muligheten for at Limnohabitants kan ha en annen effekt alene enn i kombinasjon med andre tarmbakterier vist. Pseudomonas and Comanadaceae (trolig Hydrogenophaga ifølge Ribosomal Database Project (RDP)) var til stede i kulturene med lav fitness. Begge har blitt rapportert som giftige for dafnier, og er derfor potensielle årsaker til lavere fitness i disse kulturene. Det er behov for en eksperimentell verifisering av hovedfunnene i denne studien. The assembly of microbial communities in the gastrointestinal tract is shaped by host genetics, conspecifics within same habitat, and environmental factors. Alternation of the microbial community composition can influence the hosts’ physiological and mental health. Variable richness and relative abundance of the operational taxonomic units (OTUs) in the microbial composition are a result of the ecological processes: dispersal, speciation, selection and drift. The water flea Daphnia magna has been used to investigate how single genera or lack of microbiota affects the fitness. How the composition of the microbiota affects fitness has not been studied so far, except compositional variation in connection with death of the host. The hypothesis of this master thesis was that the composition of gut microbiota affects the fitness of D. magna. Fitness of D. magna was calculated for each culture as the total number of offspring divided by the cumulative number of mother days. Variation in the intestinal microbial community composition of individuals from different cultures was suggested to be explained by selection and drift, and not due to external perturbation. At the end of each phase, the intestines from the daphniids were dissected and the intestinal bacterial community composition was determined with Illumina sequencing of V3-V4 hypervariable regions of the 16S rRNA gene. The registered fitness, compared with the intestinal microbial community composition, revealed differences in the relative abundance of the OTUs between daphniids with high and low fitness. The gut microbiota of daphnia was dominated by the phyla Proteobacteria and Bacteroidetes. The abundance of Bacteroidetes was particularly high in the cultures with high fitness compared with the average abundance of Bacteroidetes in the collected intestines. Bacteroidetes was, therefore, considered to play a beneficial role in microbiotas’ effect on the fitness. The most abundant genus, Limnohabitants, has been reported to have beneficial effects on the fecundity of D. magna. However, this experiment revealed the possibility that Limnohabitants may has a different effect alone than in combination with other intestinal bacteria. Pseudomonas and Comanadaceae (much likely Hydrogenophaga according to Ribosomal Database Project (RDP)) were present in the cultures with low fitness. Both have been reported to be toxic to daphnia, and were therefore potential reasons for lower fitness in these cultures. An experimentally verification is needed for the main findings in the presented study.