Deciphering the Genomic Landscape of Novel Freshwater Bacteria : Evolutionary Implications and Functional Diversity

국문 초록 (Abstract)

미생물의 비교유전체학은 진화적 관계와 기능적 다양성을 이해하는 데 핵심적인 통찰을 제공하지만, 여전히 많은 분류군에서 고품질 완전 유전체 서열이 부족하다. 본 연구에서는 Oxford Nanopore long-read와 Illumina short-read 데이터를 통합한 하이브리드 조립을 통해 세 균주의 완전 유전체를 확보하였다: Microbacterium sp. FBCC-B4120 (3.78 Mb, GC 함량 70.5%), Microcystis ichthyoblabe FBCC-A1114 (4.92 Mb, 42.5%), Microcystis protocystis FBCC-A270 (4.92 Mb, 42.5%). BUSCO 및 CheckM2 평가 결과, 모든 조립체의 완전도는 99% 이상으로 확인되었다. Microbacterium sp. FBCC-B4120은 가장 근연한 M. thalassium과의 평균염기서열유사도(ANIb) 85.6%, 디지털 DNA–DNA 혼성화(dDDH) 30.1%로 나타나, 신규 종으로 판정되었다. 해당 균주의 유전체는 총 1,052개의 고유 유전자를 포함하며, 이들은 탄수화물 대사, 환경 정보 처리, 질소 이용 경로 등과 관련된 기능군에 풍부하게 분포하였다. 특히 완전한 요소(urea) 응용 유전자 클러스터를 보유하는 것으로 확인되었다. 한편, ANIb와 dDDH 분석 결과, M. ichthyoblabe FBCC-A1114와 M. protocystis FBCC-A270는 모두 Microcystis genospecies G에 속하는 것으로 나타나, 기존의 형태학적 분류와의 불일치를 해소하였다(ANIb ≥ 97%, dDDH ≥ 75%). 핵심 유전자 정렬 및 pan-genome 분석을 통한 계통유전체학적 결과, 두 균주는 높은 유전체 유사성(ANIb 99%, dDDH 92%)을 보였으며, 보존된 유전체 구조와 유사한 생합성 유전자 클러스터 구성을 공유한다는 점이 확인되었다. 이러한 결과는 고품질의 참조 유전체 자원을 확장하고, 유전체 기반 분류의 중요성을 부각시킴으로써 향후 생태학적 및 생명공학적 연구에 활용할 수 있는 기초적인 자원을 제공할 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Comparative genomics of microorganisms offers important insights such as phylogenetic relationships and functional diversity, yet high- quality complete genome sequences for many species remain scarce. In this study, hybrid assemblies integrating Oxford Nanopore long reads and Illumina short reads yielded three complete genomes: Microbacterium sp. FBCC-B4120 (3.78 Mb, 70.5% GC content), Microcystis ichthyoblabe FBCC-A1114 (4.92 Mb, 42.5% GC content), and Microcystis protocystis FBCC-A270 (4.92 Mb, 42.5% GC content). Assembled genome completeness exceeded 99% based on BUSCO and CheckM2 metrics, indicating high quality. Species delineation using average nucleotide identity (ANI) and digital DNA–DNA hybridization (dDDH) revealed that Microbacterium sp. FBCC-B4120 shared ANIb 85.6% and dDDH 30.1% below the conspecific threshold with its closest relative, indicating that is represents a novel species. The genome harbors 1,052 unique genes enriched in carbohydrate metabolism, environmental information processing, and nitrogen utilization pathways, including a complete urea utilization system. Meanwhile, genome-based classification assigned both M. ichthyoblabe FBCC-A1114 and M. protocystis FBCC-A270 as members of Microcystis genospecies G. These results provide clues to resolving previous morphology-based taxonomic ambiguities. In addition, the two Microcystis strains, despite originating from different morphospecies, share similar genomic identity (ANIb 99%, dDDH 92%), conserved genome structures, and functional profiles. These findings expand high-quality reference genomes, highlight the importance of genome-based classification, and offer valuable resources for future ecological and biotechnological investigations.

목차 (Table of Contents)

• List of Tables ⅲ
• List of Figures ⅳ
• Ⅰ. Abstract 1
• Ⅱ. Introduction 3
• Ⅲ. Materials and Methods 8
• Ⅳ. Results 13
• Ⅴ. Discussion 35
• Ⅵ. References 39
• Ⅶ. 국문 논문제출서 47
• Ⅷ. 국문 인준서 48
• Ⅸ. 국문 초록 49