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Extracellular enzymatic activities of marine pelagic fungi and the influence of temperature and salinity
Katherine Jennifer Salazar Alekseyeva
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Biologie)
Betreuer*innen
Federico Baltar Gonzalez ,
Gerhard Herndl
DOI
10.25365/thesis.72978
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20510.97038.935271-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Pilze sind ein eukaryotisches Reich, welches sich aus unterschiedlichen Organismen wie etwa Ständer-, Schimmel- und Hefepilzen zusammensetzt. Pilze wurden bereits ausgiebig sowohl in terrestrischen als auch in limnischen Ökosystemen erforscht, aber weit weniger im größten Ökosystem der Erde: dem Weltmeer. Aufgrund der geringen Aufmerksamkeit an Pilzen in marinen Ökosystemen resultierte ein Mangel an Wissen über wesentliche ökologische Parameter, wie deren Biomasse und metabolische Aktivitäten. Da Ergosterol sehr spezifisch für Pilze ist, wurde es weitgehend als Parameter für die Quantifizierung der Pilzbiomasse in terrestrischen und limnischen Ökosystemen verwendet. In Kapitel I wurde eine relativ einfache, ursprünglich für Fischgewebe entwickelte Lipidextraktionsmethode für die niedrige Menge an Pilzen in pelagischen marinen Ökosystemen angewendet. Diese adaptierte Extraktionsmethode erlaubte eine Rückgewinnung von ~86% an Ergosterol-Standards. Weiters ermöglichte eine Kombination von Filtrationen eines großen Probenvolumens, Re-Extraktion und geringem Resuspensionsvolumen mit einer Liquid Chromatographie-Massenspektometrie/Massenspektometrie (LC-MS/MS) Quantifizierungsmethode die Ermittlung von Ergosterolkonzentrationen mariner Pilze bis zu minimalsten Werten von 0.12 pM. Andererseits sind terrestrische und limnische Pilze bekannte Zersetzer von organischem Material. Erst kürzlich haben einige Studien deren Abbaupotenzial von Kohlenhydraten und Proteinen in marinen Ökosystem gezeigt, daher könnten diese eine mögliche Schlüsselrolle in biogeochemischen Kreisläufen spielen. Extrazelluläre enzymatische Aktivitäten (EEAs) werden oft herangezogen, um die potenzielle funktionelle Diversität abzuleiten. In Kapitel II und III wurden daher fluorogene analoge Substrate verwendet, um die Zersetzung von Kohlenhydraten, Proteinen, Lipiden, und Phosphor- sowie Schwefelresten, von Meerespilzen zu untersuchen. Weiters wurde auch der Einfluss von ökologischen Parametern wie Temperatur und Salzgehalt auf deren Aktivitäten berücksichtigt. Interessanterweise waren alle untersuchten marinen Pilzarten fähig diese Substrate abzubauen, wobei jedoch die Mehrheit der enzymatischen Aktivitäten bei höherer Temperatur und niedrigerem Salzgehalt gefunden wurden. Dennoch wurden einige potenziell extremophile Enzyme entdeckt, im Speziellen in Verbindung mit Sulfatase. Die zellfreie Fraktion von mikrobiellen EEAs, im Allgemeinen hauptsächlich bestehend aus Bakterien, scheinen im marinen Ökosystem relevant zu sein; ob pelagische Pilze zum Pool ungelöster Enzyme beitragen, ist nicht bekannt. Ähnlich zu Kapitel II und III, in denen fluorogene analoge Substrate angewendet wurden, untersuchte und verglich man Fraktionen von zell-assoziierten und zellfreien Pilzenzymen, sowie den Einfluss des Salzgehalts auf deren Aktivitäten (Kapitel IV). Alle untersuchten marinen Pilzarten konnten zellfreie Enzyme freisetzen. Abhängig von Enzym, Spezies und sogar Salzgehalt, konnte der Anteil an zellfreien Enzymen von totalen EEAs (z.B. zell-assoziiert und zellfreie) bis zu 85.1% betragen, was auf einen aktiven Beitrag von Pilzen zum totalen mikrobiellen EEAs Pool in den Ozeanen hindeutet. Zusammengefasst lässt sowohl die verbreitete Präsenz von Pilzen in marinen Ökosystemen, als auch deren breites enzymatisches Repertoire vermuten, dass sie genauso wie deren Verwandte in terrestrischen und limnischen Ökosystemen an der Zersetzung von organischem Material beteiligt sind und daher auch eine Rolle in marinen biogeochemischen Kreisläufen spielen.
Abstract
(Englisch)
Fungi are a eukaryotic kingdom composed of diverse organisms such as mushrooms, molds, and yeasts. Fungi have been widely studied in terrestrial as well as in freshwater ecosystems, but far less in the largest ecosystem on Earth - the global ocean. This inattention has resulted in a lack of knowledge of the basic ecological parameters of marine fungi such as biomass and metabolic activities. Since ergosterol is almost exclusive to fungi, its quantification has been commonly used as a proxy to estimate fungal biomass in terrestrial and freshwater ecosystems. In Chapter I, a relatively simple lipid extraction method originally developed for fish tissues was adapted to fungi present in low abundance in marine pelagic ecosystems. This adapted extraction method allowed a recovery of ~86% of the ergosterol standards. Furthermore, a combination of high filtration volume, re-extraction, and low resuspension volume of the sample with a Liquid Chromatography–Mass Spectrometry/Mass Spectrometry (LC-MS/MS) quantification method allowed the ergosterol quantification from oceanic samples as low as 0.12 pM. On the other hand, terrestrial and freshwater fungi are well-known decomposers of organic matter. Only recently, some studies have highlighted their potential to degrade carbohydrates, and proteins in marine ecosystems, suggesting that marine fungi might play a key role in the biogeochemical cycles. Extracellular enzymatic activities (EEAs) have been widely used to infer potential functional diversity. In Chapters II and III, the degradation of carbohydrates, proteins, lipids, phosphorus and sulfur moieties by marine fungi was investigated using fluorogenic substrates analogues. Also, the influence of environmental parameters such as temperature and salinity on these activities was assessed. Interestingly, all the marine fungal species studied were capable to break down these substrates, but the majority of enzymatic activities increased with rising temperature and decreasing salinity. However, some potential extremophile enzymes were detected, specially related to sulfatase. The cell-free fraction of microbial EEAs, mostly attributed to bacteria, has been shown to be relevant in the oceanic environment, but whether pelagic fungi contribute to this pool of dissolved enzymes is unknown. Similar to Chapters II and III, using fluorogenic substrate analogues, the fractions of fungal cell-attached and cell-free enzymes were investigated and compared, as well as the influence of salinity on these activities (Chapter IV). All the marine fungi species studied were capable to release cell-free enzymes. Depending on the enzyme, species, and even salinity, the proportion of cell-free to the total EEAs (i.e., cell-attached plus cell-free) can be up to 85.1%, suggesting fungi as active contributors to the total microbial EEAs pool in the ocean. Collectively, the widespread presence of fungi in marine ecosystems, as well as their broad enzymatic repertoire both, cell-attached and cell-free, suggests that similar to their terrestrial and freshwater counterparts, marine fungi might be involved in the degradation of organic matter, hence, also in the marine biogeochemical cycles.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Meerespilzen Ergosterol Extrazelluläre enzymatische Aktivitäten EEA
Schlagwörter
(Englisch)
Marine fungi Ergosterol Extracellular enzymatic activities EEAs
Autor*innen
Katherine Jennifer Salazar Alekseyeva
Haupttitel (Englisch)
Extracellular enzymatic activities of marine pelagic fungi and the influence of temperature and salinity
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
vi, 193 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Dominique Lamy ,
Maria Monserrat Sala Farré
Klassifikation
42 Biologie > 42.94 Meeresbiologie
AC Nummer
AC16744359
Utheses ID
65246
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 437 |