The aerobic phototrophic bacteria (APB) are the aerobes capable of producing functional photosynthetic apparatus in aerobic condition in contrast to typical ‘anaerobic’ anoxygenic phototrophic bacteria. Because of atypical phototrophic ability and ecological abundance, APB have been investigated contnuously since 1970’s. A lot of strains of APB were isolated from various habitats and classified into various genera of alpha- and beta-Proteobacteria. It was reported that APB were abundant and might have significant roles in surface ocean. Phylogenetic distribution of APB was known to be more diverse than expected. To understand ecological roles and phylogenetic position of APB, it is necessary to get more information about APB. In this study, we isolated APB from various habitats of soil and freshwater. For screening, we adopted a molecular approach amplifying pufLM gene from APB candidates forming colored colonies. Diversity and phylogeny of the isolates were analyzed by comparing 16S rDNA and pufM gene sequences. We isolated 292 strains showing color, and screened 87 potential APB strains by performing PCR amplification of pufLM gene. We found most of soil and freshwater isolates was in the genus Methylobacterium and family Sphingomonadaceae indicating microorganisms in these groups might be a major APB in terrestrial and aquatic environments. Some of these isolates were closely related to genus Sphingomonas, Novosphingobium and Sphingopyxis previously regarded as non-phototrophic bacteria. Additionally, we found a new group of APB in family Sphingomonadaceae. Numbers of the isolates containing pufLM gene do not produce Bacteriochlorophyll a (BChl a) under given culture condition. The BChl a production was related to pufLM gene phylogeny. From the cloning of pufM gene amplified from microbial communities of soil and freshwater, we could find pufM gene sequences similiar to those from isolated strains in this suvery and new pufM gene sequences different with known pufM genes. Combining isolation and molecular approach would contribute the understanding of APB in soil and freshwater.
Several novel isolates from the survey were selected for bacterial systematics. By using polyphasic taxonomic approaches, we proposed two novel genera, and six novel species, for which the names are Methylobacterium soli sp. nov., Methylobacterium koreensis sp. nov., Methylobacterium daejeonensis sp. nov., Sphingopyxis amnis sp.. nov., Sphingopyxis aquatilis sp. nov., Rosulentibacter lacus gen. nov., sp. nov., Rosulenticoccus aquatilis gen. nov., sp. nov., and Hymenobacter soli sp. nov.
호기적 광영양 세균 (APB)는 기존의 ‘혐기성’ 무산소 광합성 세균과는 달리 호기적인 조건에서 광합성 기작을 할 수 있는 호기성 세균이다. 이들은 기존과 다른 광영양 능력과 생태학적으로 풍부한 특성 때문에 1970년대에 처음 발견된 이후로 꾸준히 연구되고 있다. 많은 종의 APB가 다양한 서식지에서 분리되었으며, Proteobacteria의 alpha-와 beta- 아강에 속하는 것들이 분리되고 있다. 대양의 표면에서 중요한 역할을 하고 있으며, APB의 계통학적 분포는 좀 더 다양한 것으로 밝혀지고 있다. APB의 생태학적인 역할과 계통학적인 위치를 이해하기 위해서는 좀 더 많은 연구가 필요한 실정이다.
본 연구에서는 토양과 민물에서 다양한 장소에서 APB를 분리하였다. 색깔을 가지는 균들에서 pufLM 유전자를 PCR로 증폭하여 APB 후보균들을 스크리닝하였다. 스크리닝된 균들의 16S rRNA 유전자와 pufM 유전자의 염기서열을 읽어 분리균들의 다양성과 계통을 분석하였다. 색깔을 가진 292개의 종에서 87개의 APB 후보균들을 확인하였다. 이들 토양과 민물에서 분리된 균들의 대부분은 Methylobacterium 속과 Sphingomonadaceae 과에 속하는 것으로 확인되었다. 이들은 토양과 수상환경에서 APB의 대표균일 가능성을 가지고 있다. 이들 중 몇은 Sphingomonas와 Novosphingobium과 Sphingopyxis 속에 속하며 아직까지 이들에 속해있는 균 들 중 APB로 알려져 있는 것을 밝혀지지 않고 있다. 뿐만 아니라 이들과 관련이 있는 새로운 그룹의 APB를 발견하였다. 많은 수의 분리 균들이 주어진 배양 조건에서 박테리오클로로필 에이를 생산하지 않는 것을 확인하였다. 박테리오클로로필 생산 능력은 계통학적 관계와 관련이 있는 것이 관찰되었다. pufM 유전자의 클로닝을 통하여 기존의 알려진 pufM과 다른 유전자를 발견하였으며, 분리된 미생물에 존재하는 pufM과 관련된 것도 찾을 수 있었다. 배양 방법과 분자생물학적 방법을 통하여 토양과 민물에서의 APB를 이용하는데 기여를 할 수 있을 것으로 생각된다.
몇 종의 새로운 분리균들을 선택하여 계통분류학적 연구를 수행하였다. 다층 분류학적 접근 방법을 통하여 두 종의 새로운 속과 여섯 종의 새로운 종을 분류하였다. 제안된 분류균들은 다음과 같다. Methylobacterium soli sp. nov., 과 Methylobacterium koreensis sp. nov., 과 Methylobacterium daejeonensis sp. nov., Sphingopyxis amnis sp.. nov., 과 Sphingopyxis aquatilis sp. nov., 과 Rosulentibacter lacus gen. nov., sp. nov., 과 Rosulenticoccus aquatilis gen. nov., sp. nov., 과 Hymenobacter soli sp. nov.
