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Community structure and distribution of functional microbial groups within two complex environments

microorganisms associated with marine sponges and potential sulfur-compounds-reducing microorganism

Doris Steger

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Michael Wagner

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DOI

10.25365/thesis.10359

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30451.64820.957562-0

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

In der vorliegenden Arbeit wurden funktionelle Gruppen von Mikroorganismen in zwei äußerst unterschiedlichen Ökosystemen, die beide eine komplexe mikrobielle Gemeinschaftsstruktur aufweisen, untersucht. Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Populationsdynamik und Verbreitung von potentiell sulfatreduzierenden Mikroorganismen in terrestrischen Feuchtgebieten. Die dissimilatorische Sulfatreduktion, welche ausschließlich von Mikroorganismen mit Hilfe der dissimilatorischen (Bi-)Sulfit-Reduktase (Dsr) durchgeführt wird, wurde bereits in früheren Studien im Untersuchungsgebiet Schlöppnerbrunnen nachgewiesen. Unter Verwendung verschiedener molekularbiologischer Techniken zur Analyse der 16S-rRNS- und dsrAB-Gensequenzen konnte in diesem hoch diversen und von Acidobacteria dominierten Moor eine zeitlich stabile, räumlich jedoch variable Zusammensetzung der potentiell sulfatreduzierenden Populationen gezeigt werden. Hierbei waren bisher nicht charakterisierte, tiefzweigende dsrAB-Sequenzen signifikant häufiger als bekannte dsrAB-Linien. Des Weiteren bestätigte die Analyse acht weiterer Feuchtgebiete das verbreitete Vorkommen dieser tiefzweigenden dsrAB-Linien in Mooren. Die Anwendung von DNS-Mikroarray basierten Methoden deckte außerdem signifikante und systematisch angeordnete Schwankungen der detektierten Signalstärken in diesen Nukleinsäure-basierten Hybridisierungs-Assays auf. Aufgrund dieser räumlichen Gradienten wurde hierbei die Anzahl an detektierten Zielmolekülen vom Rand zur Mitte des Arrays halbiert. Modellsimulationen wiesen auf Limitierungen im Massetransport der Zielmoleküle als mögliche Ursache hin. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden die mikrobiellen Gemeinschaften in marinen Schwämmen untersucht. Eine umfassende Analyse aller öffentlich verfügbaren 16S-rRNS-Sequenzen aus Schwämmen und weitere 184 Sequenzen von drei bisher nicht untersuchten Schwämmen, bestätigte das Vorhandensein monophyletischer, Schwamm-spezifischer 16S-rRNS Gensequenz-Cluster, wobei etwa ein Drittel der analysierten Sequenzen zu diesen Clustern zugeordnet werden konnten. Darüber hinaus zeigten 16S-rRNS- und Ammonium Monooxygenase-Gen basierte Analysen die Anwesenheit von potentiell ammoniumoxidierenden Archaea (AOA) in einer Reihe von Schwämmen aus dem westlichen Pazifik, der Karibik und des Mittelmeers auf. Das zusätzliche Vorhandensein dieser AOAs in den entsprechenden Schwamm-Larven, weist darauf hin, dass AOAs in Schwämmen vertikal übertragen werden.

Abstract

(Englisch)

In the present thesis, functional groups of microorganisms were examined in two extremely different ecosystems known for their highly complex microbial community structure. The first part of this work deals with the population dynamics and distribution of putative sulfate-reducing microorganisms in terrestrial wetlands. Dissimilatory sulfate reduction, which is carried out exclusively by microorganisms with the help of a dissimilatory (bi-)sulfite reductase (Dsr), was shown earlier to be an ongoing process in the investigated area Schlöppnerbrunnen. Using different molecular tools to analyze 16S rRNA and dsrAB gene sequences, a temporally stable but spatially variable composition of the putative sulfate reducing populations could be detected in this highly diverse and Acidobacteria dominated fen. Thereby, the proportion of yet uncharacterized deep-branching dsrAB sequences clearly outnumbered the well known, characterized dsrAB lineages. Furthermore, analysis of eight additional wetlands confirmed the widespread occurrence of these deep-branching dsrAB lineages in peatlands. In addition, the use of DNA-microarray based methods uncovered significant variations in detected signal intensities of these nucleic acid based hybridization assays. The systematically arranged spatial gradients halved the number of detected targets from the edge to the center of the assay. Additional simulation tests pointed to mass transport limitations of the target molecules as causing mechanism. In the second part of this work the microbial communities inhabiting marine sponges were investigated. A comprehensive analysis of all publicly available sponge derived 16S rRNA sequences and further 184 sequences of three hitherto unstudied sponges confirmed the presence of monophyletic, sponge-specific 16S rRNA sequence clusters, with approximately one-third of all sponge-derived sequences falling into such clusters. Furthermore, phylogenetic analyses based on 16S rRNA and ammonia monooxygenase genes revealed the presence of putative ammonia-oxidizing archaea (AOA) in a diverse range of sponges from the western Pacific, Caribbean and Mediterranean. The presence of AOA in sponge larvae suggests they are vertically transmitted and thus might be of importance for ammonia detoxification within the sponge.

Autor*innen

Doris Steger

Haupttitel (Englisch)

Community structure and distribution of functional microbial groups within two complex environments

Hauptuntertitel (Englisch)

microorganisms associated with marine sponges and potential sulfur-compounds-reducing microorganism

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

220 S. : graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Kirsten Küsel ,

Michael Friedrich

Klassifikationen

42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,

42 Biologie > 42.97 Ökologie: Sonstiges

AC Nummer

AC08257374

Utheses ID

9357

Studienkennzahl

UA | 091 | 444 | |

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