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The search for Candidatus Endoriftia persephone during the development of Riftia pachyptila

Florian Scharhauser

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Monika Bright

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DOI

10.25365/thesis.30449

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29820.04782.143854-4

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Die Röhrenwürmer der Familie der Vestimentifera zählen zu den am besten untersuchten Modellsystemen für Symbiosen der Tiefsee. Der Riesenbartwurm Riftia pachyptila zählt ebenfalls zu der oben genannten Polychaetenfamile und kommt ausschließlich an heißen Quellen im Ost-Pazifik vor. Er wird als der am schnellsten wachsende momentan bekannte Invertebrat angesehen. Anstelle von Mund und Darm stützt sich der Wurm für seine Ernährung auf seine chemoautotrophen, schwefel-oxidierenden Endoysmbionten Candidatus Endoriftia persephone, welche zu den Gammaproteobakterien zählen und im Trophosom, einem speziellen Organ des Wirts leben. Horizontale Transmission findet in jeder Generation aufs Neue während einer kurzen Phase während der Larvalentwicklung von Riftia, durch die Infektion der Röhre und der Haut gelichzeitig mit der Infektion vieler verschiedener Mikroben statt. In späteren Entwicklungsstadien von Riftia sind die Symbionten auf das Trophosom beschränkt und fehlen in der Röhre und der Haut. Daher geht das momentane Modell des Transmissionsmodus von einem einzelnen kurzen Infektionsereignis aus. Nichts destotrotz wurde bis jetzt nicht genau untersucht ob eine spätere Transmission möglich ist, wie im Falle der Symbiosen zwischen Leguminosen und Rhizobien. Aus diesem Grund wurde im Zuge dieser Studie die genetische, mikrobielle Diversität der Röhren und der Haut von adulten und juvenilen Riftia Individuen von zwei unterschiedlichen Standorten mit verschiedenen molekular-und mikrobiologischen Methoden untersucht. Röhren-, Haut- und Trophosomproben von adulten Riftia Individuen von unterschiedlichen Körperregionen und halbierte juvenile Würmer wurden mit 16S rRNA PCR, TRFLP (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism), DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) und FISH (Fluorescent in situ Hybridization) untersucht. Endorfitia wurde außer im Trophosom in der Haut von adulten und juvenilen Riftia Individuen und auch in den Röhren von adulten Würmern gefunden. Das lässt die Annahme zu, dass entweder der Transmissionmodus nicht nur auf ein spezielles Larvenstadium beschränkt ist oder dass die Symbionten fähig sind Ihren Wirt zu verlassen. Überraschenderweise konnte in der Haut und der Röhre von adulten Individuen auch eine völlig neue 16S Sequenz eines Mollicutes Bakteriums entdeckt werden. Diese Bakterien sind bekannt durch ihre pathogene aber auch nützliche Rolle in Assoziationen mit Insekten, Mollusken aber auch Mammalia. Die genaue Rolle und die Auswirkungen dieses neuen Mollicutesbakteriums im Riftia-Symbiosesystem muss noch eingehend untersucht werden. Die Präsenz von Mollicutes in über 80% der Würmer lässt aber dennoch auf eine eher nützliche Rolle schließen. Neben Endoriftia und Mollicutes wurden die Röhren auf die Zusammensetzung und Häufigkeit ihrer mikrobiellen Gemeinschaft untersucht. Verglichen zu Trophosom und Haut beherbergen die Röhren die diverseste bakterielle Gemeinschaft, wobei diese sich hin-sichtlich der zwei verschiedenen Standorte und der unterschiedlichen Körperregionen grup-piert. Das könnte ein Hinweis dafür sein, dass die mikrobielle Gemeinschaft der Röhren durch Unterschiede der Temperatur und der chemischen Bedingungen an den heißen Quellen beeinflusst wird.

Abstract

(Englisch)

Vestimentiferan tubeworms are one of the best studied model systems for symbiosis in the deep sea. One of them is the giant tubeworm Riftia pachyptila, which can be found at deep-sea hydrothermal vents in the East Pacific Ocean. It is considered to be the fastest growing invertebrate we know of. Instead of a mouth and a gut, the animal relies on its chemoauto-trophic, sulfur-oxidizing endosymbiont Canditatus Endoriftia persephone, which is a Gamma-proteobacterium housed in a special organ, the trophosome. Horizontal symbiont transmis-sion happens in each generation anew during a short period in the developing host larvae through infection of tube and skin, analogous to many pathogen infections. In later stages of the host’s life cycle, the symbiont is restricted to the trophosome, but is missing in the skin and the tube so that the current model illustrates a single, short transmission event. However, it never has been investigated thoroughly whether or not later transmission is possible such as in the rhizobia - legume symbiosis. Therefore, the genetic microbial diversity in the tube and the skin of adults and developmental stages of Riftia pachyptila from two different sites was investigated with different molecular and microbial techniques. Tube, skin and trophosome samples of adult worms from three different body regions and half specimens of juveniles were screened by 16S rRNA PCR, TRFLP (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism), DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) fingerprinting and FISH (Fluorescent in situ Hybridization). Beside of the trophosome, Endoriftia was consistently detected in the skin of adults and juveniles and it was also found in the tube of adult specimens. These results suggest that either transmission of symbionts is not limited to larval stages as previously suggested or that symbionts are capable of leaving the host. Surprisingly, we also found a new 16S phylotype of a Mollicutes bacterium in the skin and tube of adult Riftia. Such bacteria are well known from other animals including insects, mollusks but also mammals, sometimes as pathogens but also as beneficial microbes. The role and impact of Mollicutes on the Riftia model system remain to be investigated. However the presence of this phylotype in more than 80% of hosts rather points to a beneficial role. Beside Endoriftia and Mollicutes the tube of Riftia harbors a more diverse microbial community compared to skin and tube. Interestingly, bacterial sequences found in the tubes cluster according to the two different sampling sites and the three sampling positions of the tube, suggesting that the differences in the microbial community are driven by changes in chemistry and temperature of the vent environment.

Autor*innen

Florian Scharhauser

Haupttitel (Englisch)

The search for Candidatus Endoriftia persephone during the development of Riftia pachyptila

Paralleltitel (Deutsch)

Die Suche nach Candidatus Endoriftia persephone während der Entwicklung von Riftia pachyptila

Paralleltitel (Englisch)

Endoriftia persephone during the development of riftia pachyptila

Publikationsjahr

2013

Umfangsangabe

53 S. : Ill.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Monika Bright

Klassifikation

42 Biologie > 42.94 Meeresbiologie

AC Nummer

AC11186572

Utheses ID

27139

Studienkennzahl

UA | 444 | | |

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Schlagwörter