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Cell division and storage compound synthesis

soil microbial community responses to drought and future climate scenarios

Mona Lena Lauritz

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Ecology and Ecosystems

Betreuer*in

Andreas Richter

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DOI

10.25365/thesis.76525

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-12550.37314.492085-2

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Mikrobielle Gemeinschaften im Boden spielen eine wichtige Rolle bei der Steuerung biogeochemischer Prozesse. Während ihres Wachstums zersetzen sie organische Substanzen und wandeln diese in neue Biomasse um (neue Zellen oder Speicherprodukte), die anschließend im Boden stabilisiert oder während der Atmung als CO2 in die Atmosphäre zurückgeführt werden kann. Mit dem Fortschreiten des Klimawandels führen häufigere Dürren, Erwärmung und erhöhte CO2-Konzentrationen zu veränderten Lebensbedingungen für Mikroorganismen, was das mikrobielle Wachstum und damit den globalen Kohlenstoffkreislauf beeinflusst. Da die meisten Studien einzelne Effekte von Klimafaktoren auf Bodenmikroben berücksichtigen, bleibt das Wissen über die Folgen ungeklärt. Darüber hinaus wird mikrobielles Wachstum oft als Zellteilung verstanden, wobei übersehen wird, dass Mikroorganismen auch Kohlenstoff für die intrazelluläre Synthese von Speicherstoffen verwenden können, die einen erheblichen Anteil des Zellkohlenstoffs ausmachen können. In dieser Arbeit kombinieren wir die Analyse von Zellteilung und Speicherstoffsynthese und wenden diese in einem multifaktoriellen Klimawandel-Experiment in einem submontanen Grasland an. Wir untersuchten die Auswirkungen einer zweimonatigen Sommerdürre (Ausschluss von Regen) unter gegenwärtigen und zukünftigen Klimabedingungen (erhöhte Temperaturen von +3 ◦C und erhöhte atmosphärische CO2 Konzentrationen von +300 ppm). Wachstumsraten und Speicherstoffsynthese wurden durch ²H-stabile Isotopenmarkierung quantifiziert. Insbesondere analysierten wir die Produktionsrate der Phospholipid-Fettsäuresynthese (PLFA) sowie die Synthese von bakteriellen Polyhydroxybutyraten (PHB) und neutralen Lipidfettsäuren (NLFA, Triglyceride) in Pilzen und Bakterien. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Dürre das Wachstum von Bakterien stark reduzierte, während das Wachstum von Pilzen weitgehend unbeeinflusst blieb, mit Ausnahme von arbuskulären Mykorrhizapilzen. Dürre veränderte auch stark die Ressourcenzuweisung bei Bakterien, weg vom Wachstum hin zur Synthese von Speicherstoffen, außer bei Actinobakterien. Das Wachstum der Pilze hingegen blieb unverändert, trotz einer Zunahme der Speicherstoffsynthese, was auf eine bemerkenswerte Resistenz der Pilze gegenüber Dürre hinweist. Zukünftige Klimabedingungen verstärkten die Dürreeffekte auf das Bakterienwachstum, ließen das Pilzwachstum jedoch unberührt. Unsere Erkenntnisse unterstreichen die Bedeutung der mikrobiellen Speicherstoffsynthese und liefern neue Einblicke in die physiologischen Reaktionen von Bodenmikroben auf ein zukünftig trockeneres Klima.

Abstract

(Englisch)

Microbial communities in soil play a crucial role in controlling biogeochemical processes. During their growth, microbes decompose organic matter and convert it into new biomass (new cells or storage products) which can either be stabilized within the soil or released back into the atmosphere as CO2 through respiration. As climate change progresses, more frequent droughts, warming, and increased CO2 concentrations will alter microbial living conditions, thereby affecting microbial growth and thus global carbon cycling. While most studies have focused on the individual effects of climate change factors on soil microbes, our understanding of the combined effects of cooccurring climate change factors remains limited. Furthermore, microbial growth is often measured as cell division, neglecting the fact that microorganisms can also allocate carbon to the intracellular synthesis of storage compounds, that can make up for a significant amount of cellular carbon. Here, we combine the analysis of cell division and storage compound synthesis and apply it in a multifactorial climate change experiment in a submontane grassland. We investigated the effects of a two-month summer drought (exclusion of rain) under ambient and future climate conditions (elevated temperatures of +3 ◦C and elevated atmospheric CO2 of +300 ppm above ambient). Growth rates and storage compounds synthesis were quantified by using ²H-stable isotope probing. Specifically, we analysed the production rate of phospholipid fatty acid (PLFA) synthesis, together with the synthesis of bacterial polyhydroxybutyrate (PHB) and fungal and bacterial neutral lipid fatty acids (NLFAs, triglycerides). We demonstrate that drought strongly reduced bacterial growth, while fungal growth remained largely unaffected, except for arbuscular mycorrhizal fungi. Drought also strongly altered bacterial resource allocation, away from growth towards storage compound synthesis, except for actinobacteria. Fungal growth, on the other hand, remained unaffected despite an increase in their storage compound synthesis, indicating a striking resistance of fungi to drought. Future climate conditions intensified drought impacts on bacterial growth but left fungal growth unchanged. Our findings highlight the importance of microbial storage compound synthesis and provide new insights into the physiological responses of soil microbes to a future, drier climate.

Autor*innen

Mona Lena Lauritz

Haupttitel (Englisch)

Cell division and storage compound synthesis

Hauptuntertitel (Englisch)

soil microbial community responses to drought and future climate scenarios

Publikationsjahr

2024

Umfangsangabe

73 Seiten : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Andreas Richter

Klassifikation

42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie

AC Nummer

AC17286007

Utheses ID

72623

Studienkennzahl

UA | 066 | 833 | |

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