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The effect of starvation and recovery on symbiont abundance in the chemosymbiotic bivalve, Loripes orbiculatus
Nataliia Solntseva
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Mikrobiologie, Mikrobielle Ökologie und Immunbiologie
Betreuer*in
Jillian Petersen
DOI
10.25365/thesis.70384
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11205.29834.617866-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Luciniden-Symbiose spielt eine wichtige Rolle in marinen Ökosystemen. Sie tragen erheblich zur Biomasse bei, indem sie anorganische Verbindungen (reduzierte Schwefelverbindungen, CO2, O2) in die organische Substanz umwandeln, während sie das Sediment von Sulfid entgiften und einer großen Anzahl von Meeresräubern als Nahrung dienen. Wie sie jedoch eine große Population ökologisch seltener Symbionten nach dem Verhungern erhalten und wiederherstellen, ist noch nicht vollständig verstanden. Die vorherrschende Hypothese besagt, dass Luciniden jedes Mal nach dem Verhungern Symbionten aus der Umwelt zurückgewinnen. Neuere Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass die Vermehrung von Symbionten in den Wirtszellen auch unabhängig von der Umwelt-Reinfektion als Quelle der Wiederbesiedlung dienen kann. Um dieses Problem zu lösen, wurden mit der Flachwasser-Lucinide Loripes orbiculatus von Elba drei Versuche zur Wiederherstellung von Aquarienhunger und ein Versuch zur Wiederherstellung von Transplantationen in situ durchgeführt. Um die Symbiontenhäufigkeit in Kiemen zu analysieren, wurden ddPCR und FISH verwendet. Um zu zeigen, ob sich die Wirts- oder Symbiontenzellen replizieren, wurde ein neues FISH-EdU-Protokoll entwickelt und eine iREP-Analyse implementiert. Zur Analyse ultrastruktureller Veränderungen wurde TEM verwendet. Außerdem wurde ein Elementarassay zur Analyse der Auswirkung von Hunger auf die Gesamt-S- und C/N-Verhältnisse verwendet.
Hier berichte ich, dass L. orbiculatus während drei Monaten des Hungers bis zu 70% der Symbionten verliert, sie aber innerhalb von vier Wochen unter beiden Bedingungen wiederherstellen kann: in Aquarien und in der Umwelt. L. orbiculatus beherbergt zwei Endosymbiontenarten, Ca. T. weberae und Ca. T. lotti. Ca. T. weberae dominiert die Endosymbiontenpopulation der meisten Wirtsindividuen in großer Häufigkeit. Ein weiterer gleichzeitig vorkommender Symbiont Ca. T. lotti wurde nicht bei allen Individuen gefunden und wo es vorhanden war, hatte es eine viel geringere Häufigkeit als Ca. T. weberae. Nur wenige Symbionten, die der Form sich teilender Bakterien ähnelten, wurden gefangen. Darüber hinaus bestätigte die iREP-Analyse eine höhere Replikationsrate von Ca. T. weberae in geborgenen Muscheln. In allen Behandlungsgruppen wurden sich teilende Bakteriozyten gefunden. Elementaranalysen von Kiemengeweben bestätigten, dass Hunger zu Schwefelverlust führt und C/N-Verhältnisse und Biomasse verringert.
In dieser Studie zeigen wir zunächst, wie sich Hunger und Erholung auf die Häufigkeit von zwei gleichzeitig vorkommenden Symbionten in Lucinidae-Muscheln auswirken. Außerdem wurden neue Beweise für die Symbiontenteilung innerhalb des Wirtsgewebes präsentiert. Die Hauptfrage, ob die Symbiontenteilung innerhalb des Wirts die Hauptquelle für die Wiederbesiedlung des Wirts nach dem Verhungern ist, erfordert jedoch weitere Untersuchungen.
Abstract
(Englisch)
Lucinid symbiosis plays an important role in marine ecosystems. They contribute significant biomass by turning inorganic compounds (reduced sulfur compounds, CO2, O2) into the organic matter along the way detoxifying the sediment from sulfide, and serving as food for a large number of marine predators. However, how they maintain and restore after starvation a large population of environmentally rare symbionts, is not yet fully understood. The dominating hypothesis states that lucinids reacquire symbionts from the environment each time after starvation. However, recent findings suggest that the reproduction of symbionts inside the host cells can also serve as a source of recolonization independent from the environment re-infection. To solve this problem, three aquarium starvation-recovery experiments and one in situ transplantation recovery experiment were carried out using the shallow water lucinid Loripes orbiculatus from Elba. To analyze symbiont abundance in gills, ddPCR and FISH were used. To show whether the host or symbiont cells replicate, a new FISH-EdU protocol was developed and iREP analysis was implemented. For analyzing ultrastructural changes TEM was utilized. Additionally, an elemental assay was used for the analysis of the effect of starvation on the total S and C/N ratios.
Here I report, L. orbiculatus loses up to 70% of symbionts during three months of starvation, but it is able to restore them within four weeks in both conditions: in aquaria and in the environment. L. orbiculatus hosts two endosymbiont species, Ca. T. weberae and Ca. T. lotti. Ca. T. weberae dominates the endosymbiont population of most host individuals in high abundance. Another co-occurring symbiont Ca. T. lotti was not found in all individuals and where it was present, it had a much lower abundance than Ca. T. weberae. Few symbionts that resembled the shape of dividing bacteria were captured. Additionally, iREP analysis confirmed a higher rate of Ca. T. weberae replication in recovered clams. Dividing bacteriocytes were found in all treatment groups. Elemental assays of gill tissues confirmed that starvation leads to loss of sulfur and decreases C/N ratios and biomass.
In this study, we firstly show how starvation and recovery affect the abundance of two co-occurring symbionts in Lucinidae clams. Also, new evidence of symbiont division within the host tissue was presented. However, the main question of whether symbiont division within the host is the main source of host recolonization after starvation requires further investigation.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Lucinidae lucinid starvation horizontal transmission bacterial division sulfur globules recolonization
Schlagwörter
(Deutsch)
Lucinidae Lucinidenhunger horizontale Übertragung Bakterienteilung Schwefelkügelchen Wiederbesiedlung
Autor*innen
Nataliia Solntseva
Haupttitel (Englisch)
The effect of starvation and recovery on symbiont abundance in the chemosymbiotic bivalve, Loripes orbiculatus
Paralleltitel (Deutsch)
Die Auswirkungen von Hunger und Genesung auf die Symbionten Häufigkeit in der chemosymbiotischen Muschel Loripes orbiculatus
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
91 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Jillian Petersen
AC Nummer
AC16481906
Utheses ID
60469
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |