Detailansicht
Evolutionary and environmental influences on the symbiont diversity of Lucinidae
from the shallows to the deep
Jay Osvatic
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Biologie)
Betreuer*in
Jillian Petersen
DOI
10.25365/thesis.72009
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30662.80567.646460-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Chemosynthetische Symbiosen wurden weltweit in marinen Lebensräumen entdeckt, vom Flachwasser bis in große Tiefen. Einer der erfolgreichsten Wirte dieser symbiotischen Beziehungen, gemessen an der Artenzahl, ist die Muschelfamilie Lucinidae. Lucinidae existieren seit mindestens 400 Millionen Jahren und in diesem Zeitraum gelang es ihnen, eine Vielzahl von Lebensräumen zu besiedeln. Der Erfolg dieser Wirte ist zum Teil ihren horizontal erworbenen schwefeloxidierenden Symbionten geschuldet. Obwohl sie für die Symbiose von entscheidender Bedeutung sind, wurde deren Diversität bisher jedoch kaum erforscht. Es war das Ziel dieser Arbeit, die bekannte Diversität der Lucinidae-Symbionten auszuweiten, die Variationen in ihrem Stoffwechsel zu beschreiben und, unter Einbeziehung der komplexen Evolutionsgeschichte der Lucinidae sowie des Umweltkontextes, unser Verständnis der Wirt-Symbionten-Beziehung zu verbessern. Frische Lucinidae-Proben aus flachen Tropengewässern wurden durch Museumsproben seltener Exemplare ergänzt. Diese Proben bildeten zusammen mit Umweltproben aus Elba, Italien, die Grundlage dieser Forschung. Mit Hilfe von Hochdurchsatz-Metagenomsequenzierung wurden putative metagenom-assemblierte Genome von über 30 Lucinidae-Arten generiert, um die Biodiversität sowie die metabolische Variabilität zwischen diesen Symbionten zu erforschen. Die Abundanz der Symbionten in den Wirts- und Umweltproben wurde durch 16S-rRNA-Gensequenzierung untersucht. Diese Dissertation erweitert unser Verständnis der Diversität und Stoffwechselfunktionen von Lucinidae-Symbionten, unter anderem durch die Analyse 20 neuer Symbiontenarten. Zu diesen Arten gehören die bisher am weitesten verbreiteten Symbionten, Candidatus Thiodiazotropha taylori und Candidatus Thiodiazotropha gloverae, die beide in mehreren Wirtsarten gefunden wurden. Die Analysen zeigten, dass Ca. T. taylori die tropischen Regionen der Welt dominiert, während Ca. T. gloverae hauptsächlich mit Wirten in der Tiefsee und in hohen Breiten in Verbindung gebracht werden konnte. Es konnten auch Hinweise auf einen Symbionten-Wechsel zu einer anderen Bakterienfamilie gefunden werden, die nahe mit Invertebraten-Symbionten von Hydrothermalquellen verwandt ist. Umweltproben wurden genommen, um mögliche Umweltreservoirs von L. orbiculatus Symbionten zu finden und die Assoziation zwischen Lebensraum und Symbionten zu untersuchen. Diese Proben legen nahe, dass Lebensräume, die direkt mit Lucinidae assoziiert sind, als Symbionten-Reservoirs dienen können und Lucinidae durch ihren Tod auch selbst eine Rolle in der Verbreitung ihrer Symbionten in der Umwelt spielen. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse dieser Arbeit darauf hin, dass Lucinidae ein gewisses Maß an Flexibilität in der Wahl ihrer Symbionten aufweisen und dass Symbionten-Wechsel die Lucinidae bei der Besiedlung neuer Lebensräume unterstützt haben könnten. Einmal in diesen Lebensräumen angesiedelt, unterstützen Lucinidae wiederum ihre eigene Symbionten-Population durch wiederholte Aussaat in die Umwelt.
Abstract
(Englisch)
Chemosynthetic symbioses have been found in marine habitats across the entire world, from shallow water to great depths. One of the most successful hosts of these symbiotic relationships, by species count, is the bivalve family Lucinidae. Lucinidae have existed for at least 400 million years and within this time frame they have managed to colonize a wide range of environments. The success of the hosts is due, in part, to their horizontally-acquired sulfur-oxidizing symbionts. While they are vital to the symbiosis, their diversity is understudied. The goal of this thesis was to expand on the known lucinid symbiont diversity, elaborate on the variation in the metabolisms, and incorporate the complex evolutionary history of lucinids to better understand the host-symbiont relationship, using environmental context. Museum samples of rare specimens were used to supplement easily collectable fresh lucinid samples from shallow tropical waters. These, alongside environmental samples from Elba, Italy, formed the basis of this research. High-throughput metagenomic sequencing was used to generate putative metagenome-assembled genomes from over 30 lucinid species to investigate the biodiversity and metabolic variation between symbiont species. 16S rRNA gene sequencing was used to assess abundances of symbionts in the host and environmental samples. The work contained within this thesis has expanded our knowledge of the lucinid-symbiont diversity and metabolic functionality, going as far as analyzing 20 novel species of lucinid symbiont. These species include the most widely distributed symbiont species known thus far, Candidatus Thiodiazotropha taylori and Ca. T. gloverae, both of which were found in several host species. Ca. T. taylori was found to dominate the tropical regions of the world, while Ca. T. gloverae was primarily associated with deep-sea and high-latitude hosts. In addition to these species, instances of symbiont-switching to another bacterial family, related to symbionts of hydrothermal vent invertebrates, were found. Environmental surveys were conducted in search of environmental reservoirs of symbionts from Loripes orbiculatus, to investigate the association between habitat and symbionts. These surveys suggested that lucinid-associated habitats can be reservoirs of symbionts and that lucinids themselves may play a role in seeding the environment with symbionts upon death. Overall, these findings suggest that there is some degree of symbiont flexibility from the lucinids and that symbiont-switching events might have assisted lucinids in colonizing new environments. Once in these environments, it could be possible for lucinids to support their own symbiont population by seeding the environment.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Chemosymbiose Biogeographie Lucinidae Diversität
Schlagwörter
(Englisch)
Chemosymbiosis Biogeography Lucinidae Diversity
Autor*innen
Jay Osvatic
Haupttitel (Englisch)
Evolutionary and environmental influences on the symbiont diversity of Lucinidae
Hauptuntertitel (Englisch)
from the shallows to the deep
Paralleltitel (Deutsch)
Evolutionäre und umweltbedingte Einflüsse auf die Symbiontenvielfalt von Lucinidae
Paralleluntertitel (Deutsch)
von der Oberfläche bis in die Tiefe
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
185 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Roxanne Beinart ,
Silvia Bulgheresi
Klassifikation
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC16597587
Utheses ID
63586
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 437 |