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Viral abundance, lytical life cycles and lysogeny in a riverine environment (Danube, Austria)

Jana Tvarogova

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Peter Peduzzi

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DOI

10.25365/thesis.10397

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29948.76443.312053-0

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

In dem 9.300 ha großen Donau Nationalpark liegt das Aussystem Lobau, das im Zeitabschnitt von Juni bis Oktober 2009 untersucht wurde. In meiner Diplomarbeit wurden die hydrologischen und chemischen Parameter eines Fluss-Ausystem mit über das Programm VIPCAL kalkulierten Viren-Parametern verglichen (Luef et al. 2009). Während der Studie kam es im Juni zu Hochwasser, wobei eine intensive Probennahme erfolgte. Leider war es nicht möglich während dieser Zeit die Virenparameter zu errechnen. Veränderungen in einem Fluss-Aussystem sind unter anderem abhängig von Veränderungen innerhalb des Systems, als auch von externen Parametern. Um dieses dynamische Fließgewässer-Ökosystem zu verstehen, wurden während dieser Studie einige Wasserkörper des Fluss-Aussystems im Donau Nationalpark (Stationen TLM1, 2007 und Hauptkanal der Donau) sowie ein süd-östlich gelegener Wasserkörper in Regelsbrunn analysiert. Da die Wechselwirkungen in den mikrobiellen Lebensgemeinschaften dieses Gewässers noch nicht ausreichend bekannt sind, sollte damit neue Information erlangt werden. Die vier oben angeführten Stationen wurden näher auf frei lebende Viren untersucht, neben den Bakterien die zahlreichsten biologischen Einheiten in Gewässern. Hinsichtlich der Abhängigkeit der Mikroorganismen von Parametern dieses Systems inkludierte man in dieser Studie Wetterveränderungen, Unterschiede in der Zusammensetzung von organischem, anorganischem Material sowie die Wechselwirkungen der Bakterien und Viren in und mit ihrer Umwelt. Da möglicherweise hydrologische und chemische Parameter wie Temperatur, pH, Sauerstoff, Chlorophyll a, bakterielle Sekundärproduktion (BSP), partikulär anorganisches Material (PIM), partikulär organisches Material (POM) und total suspendiertes Material (TSS) sowie Lichtintensität und Wasserstand der Donau die bakterielle und virale Abundanz und Diversität beeinflussen, wurden diese mit dem Vorkommen der Viren mittels Regressions- und Korrelationsanalysen (SPSS 11.0) verglichen und auf ihre Gemeinsamkeiten untersucht. Vermutet wurde hohe Diversität und hohe Anzahl an Viren bei hohem Anteil an organischem Material, hoher Temperatur und niedrigem Wasserspiegel. Um maximale und minimale Abundanz und Diversität der frei lebenden DNA-Viren festzustellen, wurden folgende Methoden verwendet: Filtration, Epifluoreszenzmikroskopie (Nikon E 800), SYBR-Färbemethode, Viren-Reduktionsansatz (VRA) und molekular biologische Methoden. Die Veränderungen in der viralen Diversität über die Zeitspanne von 5 Monaten konnten nicht festgestellt werden, da die Randomly Amplified Polymorphic DNA Polymerase Chain Reaction (RAPD-PCR) Technik noch nicht ausreichend etabliert werden konnte. Um die Veränderungen der bakteriellen und viralen Abundanzen zu unterschiedlichen Zeiten zu prüfen, wurde Oberflächenwasser durch 3 µm- Filter und auf 0.02 µm-Filter abgefiltert, mit SYBR Gold gefärbt (Weinbauer et al. 2002) und im Epifluoreszenzmikroskop bei 1250-facher Vergrößerung gezählt. Basierend auf älteren Studien des Ausystems im Donau Nationalpark konnte gezeigt werden, dass die bakterielle > 3 µm Fraktion mit dem organischen Material positiv korreliert. Es konnte nachgewiesen werden, dass der virale Parameter bakterielle Mortalität pro Tag mit der Temperatur negativ korrelieren. Weiteres konnte ein positiver Zusammenhang zwischen POM und TSS mit dem bakteriellen Verlust pro Tag festgestellt werden.

Abstract

(Englisch)

The Danube National Park downstream of Vienna, with a of 9.300 ha river-floodplain system, was the location for this study in the period from June to October 2009. In my study, hydrological and chemical parameters of the water bodies were compared with virus parameters and values using the online tool program VIPCAL (Luef et al. 2009). The sampled areas were frequently investigated during the flood event in June. In the various locations, the observed changes were linked to changes inside and outside of the aquatic systems. To cover both isolated and dynamically connected water bodies, these four stations of the Danube National Park and its back waters were selected: stations TLM1 and 2007 in the floodplain system and the stations side arm Regelsbrunn and Main Channel of the River Danube. At these stations viruses (bacteriophages), the most abundant biological agents of the aquatic environments, which infect the communities of the microbial food loop, were investigated. This work attempted to learn more about the influence of the river-floodplain system, the changes of weather, as well as differences of the concentrations of the organic matter on virus-related parameters. In order to determine biotic and abiotic parameters of each water body the samples were prepared by performing several filtration steps (GF/C, GF/F Whatman filter; 3 µm pore-size GSWP Millipore filter and 0.22 µm pore-size WP Millipore filter), centrifugation (0.22 µm viva spin tubes), and viva flow ultrafiltration cartridges (30.000 DA). To quantify the viral and bacterial abundance the following methods were also used: SYBR Gold DNA staining method (Weinbauer et al. 2002), epifluorescence microscopy (Nikon E 800) at 1250 x magnification for counting. In our results, large differences in bacterial and viral abundance of the free-living fraction were detected at each sampled station. We also observed significant differences in the bacterial and viral abundances associated with particles and organic matter. Only the attached bacterial abundance increased with the increase of the organic matter. The bacterial abundance did not evidence any relation with bacterial secondary production (BSP). On the other hand, no characteristic associations of attached viruses with organic matter and BSP were detected. We also noted large differences in the lytical and lysogenic life style of viruses. To show which of the most common viral life cycles is more important, the percentage of infected bacterial cells was calculated through the online tool program VIPCAL with highest value of 73% at station TLM1 (Luef et al. 2009). The abiotic parameters temperature, oxygen concentration, particulate inorganic matter (PIM) and the biotic parameters chlorophyll a concentration, bacterial secondary production (BSP), particulate organic matter (POM) and total suspended solids (TSS) were compared with the viral parameters viral lytical production, lysogenically infected cells, lytically infected cells, lysis rate of bacteria and bacterial loss/mortality per day using analyses of regression and correlation via the program SPPS 11.0. Overall, in our study, the bacterial mortality per day increased with the increase of POM and TSS as well as with the decrease of temperature. It would require more data to underline our hypotheses about the importance of viruses in riverine systems.

Autor*innen

Jana Tvarogova

Haupttitel (Englisch)

Viral abundance, lytical life cycles and lysogeny in a riverine environment (Danube, Austria)

Paralleltitel (Deutsch)

Virale Abundanz, lytische Lebenszyklen und Lysogenie im Fluss-Ausystem (Donau, Österreich)

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

95 S. : graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Peter Peduzzi

Klassifikation

42 Biologie > 42.97 Ökologie: Sonstiges

AC Nummer

AC08261086

Utheses ID

9393

Studienkennzahl

UA | 444 | | |

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Schlagwörter