Detailansicht
Abundance and heterotrophic activity of Bacteria and Archaea and bacterial community structure in the water column of the eastern Atlantic
Kerstin Olbrich
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Gerhard J. Herndl
DOI
10.25365/thesis.14246
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30169.22063.603763-0
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Im Osten des Atlantiks wurden entlang eines Transekts die Abundanzen und Leucin-Aufnahmeraten von Bakterien und Archaea in der Wassersäule ermittelt. Außerdem wurde die Zusammensetzung von aktiven und gesamten Bakteriengemeinschaften durch molekulare Fingerprinting-Techniken analysiert.
Die Häufigkeiten von Bakterien, Crenarchaeota und Euryarchaeota wurden mittels dem Catalyzed Reporter Deposition-Fluorescence In Situ Hybridization (CARD-FISH) Verfahren ermittelt. Obwohl der Anteil der Bakterien an der gesamten Prokaryoten-Abundanz im Bathypelagial (1000 – 4000 m) geringer war als an der Oberfläche und dem Mesopelagial (100 – 1000 m), dominierten sie dennoch in der gesamten Wassersäule. Crenarchaota trugen 30 ± 12% zu der gesamten Prokaryoten-Abundanz bei, wobei sie eine generell höhere Verbreitung im Bathypelagial hatten als in der Oberflächenschicht und dem Mesopelagial. Euryarchaeota überstiegen in keiner Probe 5 % der gesamten Prokaryoten-Abundanz.
Zusätzlich zu den Leucin-Aufnahmeraten der Gesamtprokaryotengemeinschaft wurden auch die Leucin-Aufnahmeraten für Archaea und Bakterien ermittelt. Um die verschiedenen Aktivitätsraten von Bakterien und Archaea in Bezug zu der gesamten Prokaryoten-Produktivität zu bestimmen, wurde der bakterielle Hemmstoff Erythromycin und der Archaea Hemmstoff Diphtheria Toxin eingesetzt. Die Spezifität des Hemmstoffs Erythromycin wurde durch die Kombination von Microautoradiographie mit CARD-FISH getestet. Dabei wurde festgestellt, dass Erythromycin selektiv die bakterielle Produktivität unterdrückt. In der euphotischen Zone und dem Mesopelagial war der Beitrag der Bakterien an der gesamten Leucin-Aufnahmerate 65 ± 15% der gesamten Prokaryoten Leucin-Aufnahmerate und nahm mit zunehmender Tiefe ab. Die durchschnittliche Zellen-spezifische Aktivitätsrate der Crenarchaeota (3.7 ± 2.0 x 10-5 fmol cell-1 d-1) war 5-mal geringer als die der Bakterien (18.3 ± 17.6 x 10-5 fmol cell-1 d-1). Im Bathypelagial, jedoch, war die Zell-spezifischen Leucin-Aufnahmerate der Archaea vergleichbar mit der der Bakterien (1.8 x 10-5 fmol cell-1 d-1 for Crenarchaeota, 2.3 x 10-5 fmol cell-1 d-1 for Bacteria). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass im Bathypelagial des Atlantiks Crenarchaeota und Bakterien bezogen auf Zellniveau vergleichbare heterotrophe Aktivitäten haben, in den Oberflächengewässern und dem oberen Mesopelagial jedoch die heterotrophe Aktivität der Archaea um eine Größenordnung geringer als die der Bakterien ist.
Um zwischen der Zusammensetzung der Gemeinschaft von metabolisch aktiven Bakterien und der Gesamtbakteriengemeinschaft zu unterscheiden, wurde der Einbau von Bromodeoxyuridine (BrdU) in die aktive Gemeinschaft mit einer Kombination von immunocapturing der DNA in die BrdU eingebaut wurde und Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis (ARISA), als molekulare Fingerprinting-Technik, verwendet. Insgesamt wurden dabei 655 verschiedene operational taxonomic units (OTUs) detektiert. Die Ähnlichkeitsanalyse der bakteriellen Gemeinschaften ergab zwischen den aktiven (BrdU-markierte Bakterien) und gesamten Bakterien einen signifikanten (ANOSIM, r = 0.361, p = 0.001) Unterschied in der Zusammensetzung der Gemeinschaften in der gesamten Wassersäule. Die Ähnlichkeiten zwischen Oberflächengewässer und Mesopelagial (100 – 1000 m) und Bathypelagial (1000 – 3000 m) war für die BrdU-markierte Bakteriengemeinschaft größer (r = 0.181, p = 0.007) als für die Gesamtbakteriengemeinschaft (r = 0.332, p = 0.003). Der Shannon-Wiener index (H’), als Index für die Diversität einer Gemeinschaft, war für die Gemeinschaft der Gesamtbakteriengemeinschaft größer als für die aktive (paired t-test; p = 0.002).
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Diversität von Gemeinschaften im Wesentlichen durch die sich im Ruhestand befindenden Bakterien gebildet wird, die in einer sich verändernden Umwelt eine Art „Samenbank“ bilden könnte.
Abstract
(Englisch)
The abundance and leucine incorporation rate of Archaea and Bacteria were determined throughout the water column along a transect in the eastern Atlantic. Additionally, the composition of the active and total bacterial community was analyzed using molecular fingerprinting techniques.
The abundance of Bacteria, Crenarchaeota and Euryarchaeota was determined by Catalyzed Reporter Deposition - Fluorescence In Situ Hybridization (CARD-FISH). Bacteria dominated throughout the water column, although their contribution to total prokaryotic abundance in the bathypelagic layer (1000 - 4000 m) was lower than in the surface and mesopelagic layers (0 - 1000 m). Crenarchaeota contributed about 30 ± 12% to the total prokaryotic abundance with a generally higher contribution in the bathypelagic layer than in the surface and mesopelagic layers. Euryarcheota contributed less than 5% to the total prokaryotic abundance throughout the water column.
Leucine incorporation rates were determined for the total prokaryotic community as well as for Bacteria and Archaea separately using selective inhibitors. The bacterial inhibitor erythromycin and the archaeal inhibitor diphtheria toxin were used to determine the contribution of Archaea and Bacteria, respectively, to total heterotrophic activity. Using microautoradiography in combination with CARD-FISH, the specificity of erythromycin was tested. Erythromycin was found to selectively inhibit bacterial activity. The contribution of Bacteria to total leucine incorporation amounted to 65 ± 15% of total prokaryotic leucine incorporation decreasing in their contribution with depth. The mean cell-specific leucine incorporation rate of Crenarchaeota (3.7 ± 2.0 x 10-5 fmol cell-1 d-1) was 5 times lower than that of Bacteria (18.3 ± 17.6 x 10-5 fmol cell-1 d-1) in the surface and mesopelagic layer. In the bathypelagic layer, however, cell-specific leucine incorporation rates of Crenarchaeota were similar to those of Bacteria (1.8 x 10-5 fmol cell-1 d-1 for Crenarchaeota, 2.3 x 10-5 fmol cell-1 d-1 for Bacteria). These results indicate that Crenarchaeota and Bacteria exhibit similar heterotrophic activity on a per-cell level in the bathypelagic waters of the Atlantic, while in the surface and upper mesopelagic waters, cell-specific heterotrophic archaeal activity is about one order of magnitude lower than that of Bacteria.
To differentiate the community composition of metabolically active Bacteria from the total bacterial community, bromodeoxyuridine (BrdU) incorporation into the active bacterial community was used in combination with immunocapturing and automated ribosomal intergenic spacer analysis (ARISA) as a molecular fingerprinting approach. In total, 655 operational taxonomic units (OTUs) were found. Results of the similarity analysis (ANOSIM, r = 0.361, p = 0.001) of the obtained clusters showed a significant difference in the community composition throughout the water column between active (Bacteria incorporating BrdU) and the total bacterial community. The similarity between surface and mesopelagic communities (100 – 1000 m) and bathypelagic communities (1000 – 3000 m) was higher for the active (r = 0.181, p = 0.007) than for the total (r = 0.332, p = 0.003) bacterial community. The Shannon-Wiener diversity index (H’) was significant higher for the total Bacteria (paired t-test; p = 0.002) than for the active ones.
These findings suggest that the diversity of communities is mainly driven by the dormant fraction of the bacterial community, potentially forming a ‘seed bank’ in changing environmental conditions.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Archaea Bacteria leucine incorporation rate cell-specific leucine incorporation heterotrophic activity deep sea BrdU incorporation bacterial community structure
Schlagwörter
(Deutsch)
Archaea Bakterien Leucin-Aufnahmeraten Zell-spezifische Leucin-Aufnahmerate heterotrophe Aktivität Tiefsee BrdU-Aufnahme bakterielle Gemeinschaftsstrukturen
Autor*innen
Kerstin Olbrich
Haupttitel (Englisch)
Abundance and heterotrophic activity of Bacteria and Archaea and bacterial community structure in the water column of the eastern Atlantic
Paralleltitel (Deutsch)
Abundanz und heterotrophe Akivitäten von Bakterien und Archaea und bakterielle Gemeinschaftsstrukturen in der Wassersäule des östlichen Atlantiks
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
60 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Gerhard J. Herndl
AC Nummer
AC08549770
Utheses ID
12784
Studienkennzahl
UA | 444 | | |