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Molecular characterisation of marine nematodes of the genus Robbea and detection of their symbionts in the environment
Niels Robert Heindl
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Jörg Ott
DOI
10.25365/thesis.9702
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30376.99271.502662-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Stilbonematinae (Chromadorea) sind freilebende Nematoden, die sulfidoxidierende Bakterien auf ihrer Kutikula tragen. In den Sandlückensystem aller Küsten weltweit wandern sie zwischen der oxidierten oberen und der darunterliegenden reduzierten Schicht, um ihre Bakterien mit dem als Elektronenakzeptor benötigten Sauerstoff und reduziertem Schwefel als Elektronendonator zu versorgen. Im Gegenzug dienen die bakteriellen Symbionten ihren Wirten als Hauptnahrungsquelle. Seit langem wird angenommen, daß jede neugeborene Wirtsgeneration die Symbionten von der Umwelt erwirbt. Da die Würmer während ihrer Entwicklung die Kutikula bis zu viermal abstreifen und ersetzen, muß sich auch hier der Bakterienmantel immer wieder von Neuem bilden. Die Vergesellschaftung der beiden Partner ist hochspezifisch und wird selbst gegen starke mechanische Beanspruchung, sowie gegen eine Vielzahl konkurrierender Bakterien aufrechterhalten. Anhand der Symbionten von Laxus oneistus konnte erstmals deren Zugehörigkeit zu einem distinkten Cluster symbiontischer Sulfidoxidierer innerhalb der γ-Proteobakterien nachgewiesen werden. In dieser Arbeit wurden die phylogenetischen Positionen dreier neu entdeckten stilbonematinen Symbiosen - Robbea sp.1, sp.2 und sp.3 - anhand der Nukleotidsequenzen der kleinen ribosomalen Untereinheiten bestimmt. Zur Vervollständigung des bereits vorhandenen Datensatzes wurden die 18S rRNA des Robbea sp.1 Wirtes, sowie die 16S rRNA der Symbionten von Robbea sp.1 und sp.3 sequenziert. Mithilfe der Fluoreszenz In Situ Hybridisierung (FISH) konnte die Monospezifität dieser Assoziationen nachgewiesen werden. Eine Analyse der internal transcribed spacer region (ITS) an Robbea sp.1 und sp.3 ergab, daß ein oder zwei Bakterien genügen, einen Symbiontenmantel gründen. Obwohl alle drei Arten in den wesentlichen Merkmalen der Gattung Robbea übereinstimmen, deutet die 18S rRNA basierte phylogenetische Rekonstruktion darauf hin, daß es sich um keine monophyletische Gruppe handelt. Ebenso verhält es sich im 16S rRNA basierten Stammbaum ihrer Symbionten, in dem sich die drei Bakterien innerhalb einer Gruppe sulfidoxidierender Symbionten von Nematoden und darmlosen Oligochaeten einordnen, gemeinsam aber kein distinkt abgesetztes Cluster bilden. In der fehlenden Kongruenz der beiden Stammbäume wird deutlich, daß stilbonematine Symbiosen im Laufe der Evolution mehrfach unabhängig voneinander entstanden sein müssen. Die fehlende Koevolution von Wirten und Symbionten gilt als typisch für horizontal übertragene Symbiosen und deckt sich mit der bisherigen Vermutung, Stilbonematinae bezögen ihre bakteriellen Partner aus ihrer Umgebung. Weiterhin wird deutlich, daß bei Wirten wie Symbionten verwandtschaftliche Nähe nicht zwingend durch geographische Nähe bestimmt wird. Um eine daraus abgeleitete, zumindest atlantikweite Verbreitung nah verwandter, freilebender Phylotypen zu bestätigen, wurden mit Hilfe spezifischer Primer Fragmente der 16S rRNA Gene der Symbionten von Robbea sp.1, sp.2 und sp.3, sowie Laxus oneistus aus küstenfernem Oberflächenwasser amplifiziert. Am erfolgreichsten war die Suche nach der 16S rRNA des Symbionten des karibischen Robbea sp.3. Diese wurde nicht nur vollständig und mit vollkommener Sequenzübereinstimmung in karibischen Wasserproben gefunden, sondern auch in mediterranen. Mit FISH Experimenten konnte gezeigt werden, daß die freilebenden Phylotypen sogar metabolisch aktiv sind, da sich einige der spezifisch angefärbten Bakterien zum Zeitpunkt der Fixierung im Teilungszustand befunden haben. Ein solcher Nachweis von Bakterien eines sulfidoxidierenden Symbiontencluster in einem Habitat, das chemisch, physikalisch und geograpisch derart von dem ihrer Wirte abweicht, ist bislang beispiellos.
Abstract
(Englisch)
Marine nematodes that bind sulphur-oxidising bacteria on their cuticle (Chromadorea: Stilbonematinae) are found worldwide in shallow seawater sediments. Migrating between an oxidised upper sand layer and a reduced one underneath, they allow the bacteria to obtain both the oxygen they need as electron acceptor and reduced sulphur compounds as electron donors. In turn, the symbionts constitute their hosts‘ major food source. For decades it has been assumed that the symbionts are acquired from the environment at each generation anew and after each time the cuticle is shed to be replaced by a newly synthesised one. Among these highly specific and stable associations the symbiont of Laxus oneistus was the first to be analysed and found to belong to a single phylotype of gamma-proteobacteria. This study completes the molecular characterisation of three recently discovered species of the genus Robbea and their associated bacteria and supports environmental acquisition of nematode symbionts. The small rRNA-gene subunits of the Mediterranean Robbea sp.1 host as well as the symbionts of Robbea sp.1 and the Caribbean Robbea sp.3 have been sequenced, their symbiotic origin confirmed by fluorescence in situ hybridisation (FISH) and phylogenetically analysed. Both Robbea hosts and symbionts do not form a distinct cluster within the Stilbonematinae or the gamma-proteobacterial sulphur-oxidising nematode and marine gutless oligochaete symbionts, respectively. The analysis of the internal transcribed spacer region (ITS) of the Robbea sp.1 and sp.3 symbionts suggests that one or two founder cells from an environmental pool might be sufficient to establish the bacterial coat. Furthermore, Mediterranean and Caribbean offshore surface seawater samples were tested for presence of 16S rRNA-gene sequence types of all three Robbea symbionts, by means of polymerase chain reaction (PCR) and FISH. Strikingly, the symbiont phylotypes associated with the Mediterranean nematode Robbea sp.1 and the Caribbean nematode Robbea sp.3 were detected in both Mediterranean and Caribbean offshore seawater. FISH experiments also revealed that the planktonic counterparts are metabolically active, as they divide by binary fission. The conspicuous presence in a habitat, which is chemically, physically and geographically completely different from their hosts‘, is unprecedented for marine sulphur-oxidising symbionts.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Nematoda Stilbonematinae Gamma-proteobacteria sulphur-oxidising bacteria symbiosis
Schlagwörter
(Deutsch)
Nematoda Stilbonematinae Gamma-Proteobacteria Sulfidoxidierende Bakterien Symbiose
Autor*innen
Niels Robert Heindl
Haupttitel (Englisch)
Molecular characterisation of marine nematodes of the genus Robbea and detection of their symbionts in the environment
Paralleltitel (Deutsch)
Molekulare Charakterisierung mariner Nematoden der Gattung Robbea und Nachweis ihrer Symbionten in der Umwelt
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
105 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Jörg Ott
AC Nummer
AC08191082
Utheses ID
8752
Studienkennzahl
UA | 066 | 831 | |