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The role of fungal nitrogen cycling in soil systems
assessment of fungal diversity and development of a sequence set of fungal nitrate reductases
Sylvia Klaubauf
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Michael Wagner
DOI
10.25365/thesis.2886
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30390.74984.839653-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Pilze spielen eine zentrale Rolle im Ökosystem Erde. Dennoch ist nach wie vor wenig über die Pilzdiversität in Böden und die spezifischen Funktionen einzelner phylogenetischer Gruppen bekannt. Vier verschiedene Ackerböden (Maissau, Niederschleinz, Purkersdorf, Tulln) sowie eine Graslanderde (Riederberg) wurden auf ihre Pilzdiversität untersucht. Hierfür wurden ein Kultivierungsansatz sowie eine direkte molekularbiologische Methode verwendet. Die Pilze wurden aufgrund ihrer DNS-Sequenz der ITS/LSU ribosomalen RNS Genregion identifiziert. Es wurden 61 verschiedene Pilzarten isoliert, die hauptsächlich zum Phylum Ascomycota gehören, darunter zB Fusarium spp., Penicillium spp., Trichoderma spp., sowie bislang unbeschriebene Arten. Im Rahmen des kultivierungsunabhängigen Ansatzes wurde eine Klon-Bibliothek erstellt. Danach wurde eine RFLP-Analyse durchgeführt. Auch hier dominierten Spezies der Ascomycota, die Artenzusammensetzung unterschied sich jedoch erheblich vom Kultivierungsansatz. Vertreter der Basidiomycota traten hierbei öfter und in allen fünf Bibliotheken auf. Die Zusammensetzung der Pilzgemeinschaften wies deutliche Unterschiede innerhalb der einzelnen Klon-Bibliotheken auf. Die Artenzahl (species richness) wurde mit verschiedenen Methoden berechnet. Chao2 zeigte für die untersuchten Böden eine gute Abdeckung der erwarteten Pilz-Artenzahl. Lediglich 8,6% der identifizierten Arten konnten mit beiden Verfahren detektiert werden. Die Mehrzahl der Arten (62,6%) wurde mittels des kultivierungs-unabhängigen Verfahrens ermittelt, während 28,8% ausschließlich mit Hilfe des Kultivierungsansatzes identifiziert wurden. Hierdurch wird deutlich, dass beide Methoden sich vielmehr ergänzen, als überlappen. Die vom Grasland Riederberg entstammende Klon-Bibliothek enthielt die größte Diversität und wies als einzige das neu beschriebene Ascomycota Subphylum Soil Clone Group I (SCGI) auf, was eventuell darauf hindeuten könnte, dass SCGI-Pilze bevorzugt an unberührten Standorten vorkommen. Die Maissau Klon-Bibliothek zeigte den geringsten Artenreichtum und auch andere spezifische Eigenschaften grenzen diesen Standort von den anderen ab. Der zweite Teil dieser Studie befasste sich mit der Erforschung der Rolle von Pilzen in N-Transformationsprozessen. Hierfür wurden die Gene, welche für die pilzliche Nitratreduktase kodieren (niaD) untersucht. Dabei stand die Erstellung eines Sequenz-Sets im Vordergrund, welches partielle niaD Sequenzen von Isolaten sowie unkultivierten Pilzen enthält. Auf Grund dieser Erkenntnis soll es möglich werden, transkriptionelle Aktivitäten von Pilz-Populationen, welche dieses Gen exprimieren, unter verschiedenen Umweltbedingungen zu beobachten. Zusätzlich wurde Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) mit dem Modelorganismus Aspergillus nidulans durchgeführt. Im Rahmen eines Vorversuchs wurden die FISH Parameter optimiert und die Detektion der niaD mRNA angestrebt. Unsere viel versprechenden Ergebnisse stellen die Basis für zukünftige Studien dar, welche die Expression der Pilz-Nitratreduktase unter verschiedenen Umweltbedingungen erforschen sollen.
Abstract
(Englisch)
Fungi fulfil a range of important ecological functions. However, there is poor understanding of soil fungal community diversity and the specific roles of individual phylogenetic groups present in the environment. Fungal diversity of four different agricultural soils (Maissau, Niederschleinz, Purkersdorf, Tulln) and one grassland soil (Riederberg) was examined by a culture-dependent and a culture-independent approach. Identification of fungi was accomplished by DNA sequence analysis of the ITS/LSU of the ribosomal RNA gene region. A diverse set of 61 different species of mainly Ascomycota was cultivated, including Fusarium spp., Penicillium spp., Trichoderma spp., as well as previously undescribed species. In the course of the culture-independent approach, clone libraries were constructed followed by RFLP-analysis. Again, Ascomycota predominated all libraries, whereas a highly different list of species was obtained compared to the cultivation approach. Basidiomycota occured more often and were distributed over all libraries. Generally, all clone libraries differed in their fungal community composition from each other. Species richness estimator Chao2 analysis of all clone libraries revealed a good coverage of the expected fungal species richness from agricultural soils. Only 8.6 % of the identified species were detected by both methods. The majority of species (62.6 %) was detected by the culture-independent procedure, while 28.8 % were exclusively found by the culturing-approach. The analysis clearly demonstrates that both methods are complementary rather than overlapping. The clone library derived from the Riederberg grassland soil harboured the highest diversity and exclusively contained the newly described ascomycetous subphylum Soil Clone Group I (SCGI), maybe suggesting a preference of SCGI-fungi for undisturbed sites. The Maissau clone library showed the lowest species richness, and other specific characteristics contrasting with the other clone libraries. The second part of the study dealt with the exploration of the role of fungi in N-transformation processes. Therefore, fungal nitrate reductase genes (niaD) were investigated by the generation of a set of partial niaD sequences from isolates as well as from uncultured soil fungi. This knowledge will facilitate the monitoring of transcriptional activities of fungal populations expressing the niaD gene under different environmental settings. Additionally, fluorescence in situ hybridisation (FISH) was performed using the model organism Aspergillus nidulans. During a preliminary test, the optimisation of FISH conditions for the detection of niaD mRNA was attempted. Our promising results form the basis for future studies, dedicated to the investigation of fungal niaD expression under different conditions.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
fungi ecology soil fungal community Fungal diversity agricultural soils culture-dependent culture-independent approach DNA sequence analysis of the ITS/LSU of the rRNA region clone library RFLP-analysis Species richness nitrogen cycle fungal nitrate reductase genes (niaD) fluorescence in situ hybridisation Aspergillus nidulans nitrogen fertilizer
Schlagwörter
(Deutsch)
Pilze Ökologie Diversität Ackerböden Kultivierungsansatz kultivierungsunabhängige Methode DNA Sequenzanalyse ITS/LSU der rRNA Region Klon-Bibliothek RFLP-Analyse Artenzahl Stickstoff-Kreislauf Pilz-Nitratreduktase (niaD) Fluoreszenz in situ Hybridisierung Aspergillus nidulans Stickstoffdünger
Autor*innen
Sylvia Klaubauf
Haupttitel (Englisch)
The role of fungal nitrogen cycling in soil systems
Hauptuntertitel (Englisch)
assessment of fungal diversity and development of a sequence set of fungal nitrate reductases
Paralleltitel (Deutsch)
Die Rolle der Pilze im Stickstoffzyklus in Böden ; Pilzdiversität und Erstellung eines Sequenzdatensatzes von pilzlichen Nitratreduktasen
Publikationsjahr
2008
Umfangsangabe
124 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Michael Wagner
AC Nummer
AC07657894
Utheses ID
2512
Studienkennzahl
UA | 490 | | |