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Stable isotope probing-based ecophysiological analysis of sulphate-reducing microorganisms in an acidic fen
Norbert Bittner
Art der Arbeit
Magisterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Michael Wagner
DOI
10.25365/thesis.8103
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29878.03278.311970-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Neben den vielfältigen ökologischen Funktionen von Feuchtgebieten als Wasserspeicher und Lebensraum einer hochspezialisierten Flora und Fauna gehören sie auch zu den wichtigsten CO2 Speichern der Erde. Sulfatreduzierende Mikroorganismen haben einen großen Anteil an der Metabolisierung von Kohlenstoff und Schwefel in diesen Habitaten, jedoch ist sehr wenig über ihre Physiologie und Aktivität bekannt. Außer ihrer wichtigen Rolle im Schwefel- und Kohlenstoffzyklus, wurde auch beobachtet dass durch ihre Aktivität methanogene Mikroorganismen in ihrem Metabolismus gehemmt werden und dadurch der Ausstoß von Methan, einem klimaschädlichen Treibhausgas aus Moorgebieten stark reduziert wird. Für diese Studie wurde das Schlöppnerbrunnenmoor an der deutsch-tschechischen Grenze gewählt, da in dieses Gebiet bis in die 80er Jahre ein hoher Sulfateintrag durch sauren Regen als Folge von industrieller Braunkohleverbrennung stattgefunden hat. Frühere Studien lassen auf eine diverse Gemeinschaft an sulfatreduzierenden Mikroorganismen in dem untersuchten Moor schließen. Zusätzlich zu bereits bekannten Spezies wurden mithilfe genetischer Analysen der dsrAB Markergene, welche für die dissimilatorische (Bi)Sulfitreduktase kodieren, mögliche neue sulfatreduzierende Mikroorganismen entdeckt. Die Identifi-zierung der aktiven Sulfatreduzierer erfolgte in der vorliegenden Studie mittels ‚DNA-stable isotope probing„. Hierbei wurden zur Markierung der Nukleinsäuren aktiver Mik-roorganismen Moorbodenproben bis zu 6 Monate lang mit 13C markierten Substraten und Sulfat versetzt. Zu verschiedenen Zeitpunkten wurden Proben der Inkubationen entnommen und durch Ultrazentrifugation markierte von unmarkierten Nukleinsäuren getrennt. Danach wurden die markierten Nukleinsäuren mit Hilfe der Analyse von ter-minalen Restriktionsfragmenten und Klonbibliotheken der 16S rRNS und der dsrAB Gene untersucht. Es konnte nachgewiesen werden dass unter diesen Bedingungen der Großteil des Sulfats von Spezies der Gattung Desulfosporosinus reduziert wurde. Zu-sätzlich wurden Sequenzen der Gattung Acidocella entdeckt, einem üblicherweise aerob lebenden Bakterium. Frühere Studien lassen jedoch auf eine anaerobe, syntrophe Le-bensweise mit Desulfosporosinus schließen. Eine Symbiose, die eventuell ebenfalls die Grundlage des gemeinsamen Auftretens dieser beiden Gattungen im untersuchten Moor darstellt. Auf der Ebene von dsrAB konnte überraschenderweise keine Desulfosporosinus Sequenz entdeckt werden, was sich jedoch als Artefakt der einge-setzten PCR Primer herausstellte. Sulfatreduzierende Aktivität konnte für die neuen dsrAB-tragenden Mikroorgansimen nicht nachgewiesen werden. Somit bleibt die Identi-tät und Physiologie dieser neuen Mikroorganismen weiter unbekannt.
Abstract
(Englisch)
Despite their importance for carbon mineralization in wetlands, little is known about sulphate-reducing prokaryotes (SRP) in these habitats. In addition, by out-competing methanogenic microorganisms, which are highly active in these environments, they can significantly reduce emission of the greenhouse gas methane.
For this study the Schlöppnerbrunnen, a fen located in the Fichtelgebirge (Germany) at the German-Czech border was chosen. This area has been exposed to acidic rain and sulphur deposition due to intensive soft coal burning in the time of the former socialist regimes. Earlier 16S rRNA gene and dsrAB diversity studies at this site indicated the presence of a community that consists of known SRP species and microorganisms with novel, deep-branching dsrAB SRP. In the present study, a differential display DNA sta-ble isotope probing approach was employed to identify the active SRP in the fen. Soil samples from the fen were incubated with 13C substrates for up to 6 months with and without sulphate. Subsequently, nucleic acid samples from different time points were separated based on their 13C content and these “heavy” nucleic acids were subjected to further downstream analysis by T- RFLP and clone library analysis of 16S rRNA genes and dsrAB.
Data obtained from the 2 months samples revealed that members of the genus Desul-fosporosinus are the main sulphate reducers in this wetland under the conditions em-ployed. These findings could only be observed based on the data obtained through 16S rRNA clone library analysis. In addition, clone sequences that could be affiliated to the genus Acidocella were also enriched in 13C in the sulphate amended incubation. Al-though Acidocella species only grow aerobically in pure culture, an anaerobic, sulphate reduction-based syntrophy was recently postulated between a Acidocella strain and a Desulfosporosinus strain in co-culture. A similar lifestyle might be the basis for co-occurrence of the Desulfosporosinus and Acidocella species in the Schlöppnerbrunnen fen. Contrary to 16S rRNA data no dsrAB that was affiliated to Desulfosporosinus was found, but this was discovered to be due to biased PCR primers. Furthermore, dsrAB clone library analysis indicated no distinct activity of the “novel” dsrAB harbouring microorganisms and thus their physiology and identity remains unknown, making fur-ther research necessary.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
SIP sulphate fen Desulfosporosinus T-RFLP dsrAB SRP
Schlagwörter
(Deutsch)
SIP Sulfat Moor Desulfosporosinus T-RFLP DsrAB
Autor*innen
Norbert Bittner
Haupttitel (Englisch)
Stable isotope probing-based ecophysiological analysis of sulphate-reducing microorganisms in an acidic fen
Paralleltitel (Deutsch)
Ökophysiologische Analyse von sulfatreduzierenden Mikroorganismen in einem sauren Moor durch Markierung mit stabilen Isotopen
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
89 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Michael Wagner
Klassifikationen
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,
42 Biologie > 42.91 Terrestrische Ökologie
AC Nummer
AC08166863
Utheses ID
7304
Studienkennzahl
UA | 490 | | |