Dissertation (Metadaten)
Titel:Diversity of functional genes in the aquatic nitrogen cycle
 
Autor:Ok-Sun Kim
 
URN:NBN:urn:nbn:de:gbv:8-diss-24439
 
Fakultät:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
DDC Sachgebiet:570 Biowissenschaften, Biologie
 
Datum der mdl. Prüfung:06.07.2007
 
Referent(in):Prof. Dr. Johannes F. Imhoff
Korreferent(en) Korreferentin:Prof. Dr. Peter Schönheit
 
Beschreibung (original):In this PhD thesis the diversity of functional bacterial genes in the nitrogen cycle was investigated with molecular methods in the lakes Plußsee and Schöhsee, and the Baltic Sea. The diversity of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) was studied by diversity of specific 16S rDNA and amoA genes. Dominant sequences from Baltic Sea water column and Schöhsee 1 m were related to different Nitrosospira clusters. Sequences from Plußsee 7 m, Schöhsee 12 m and sediment of both lakes were clustered into a purely environmental cluster with no cultivated representatives. Two groups of amoA sequences from Baltic Sea sediment were related to environmental clusters from brackish and marine habitats. The diversity of the evolutionarily related genes for ammonia monooxygenase (AMO) and particulate methane monooxygenase (pMMO) was analyzed. A higher frequency of pmoA sequences, mainly belonging to methane oxidizing bacteria of the gamma subgroup of proteobacteria (g-MOB), was detected. Dominant amoA sequences were related to ammonia oxidizing bacteria of the beta subgroup of proteobacteria (b-AOB), no sequences related to amoA of the γ-AOB were detected. The deduced amino acid sequences of some clones from lake sediments were distantly related to PmoA from Crenothrix polyspora, a filamentous methane oxidizer with an unusual methane monooxygenase. The distribution of denitrifying bacteria was studied by the nitrite reductase genes nirK and nirS. The dominant sequences of nirK from all clone libraries belonged to two distinct phylogenetic clusters, while nirS sequences from both lakes were scattered over several clusters throughout the complete phylogenetic tree, and only few sequences from Baltic Sea overlapped. In the Baltic Sea, nirK-denitrifiers were diverse throughout the water column, while nirS-denitrifiers were dominant in the sediment and almost absent in the water column. In Plußsee the community composition was inverted: nirK-denitrifiers were more diverse in the water column and nirS-denitrifiers in the sediment. In Schöhsee nirS-denitrifiers were highly diverse in water and sediment samples. For nirK and nirS the sequences of the protein were less conserved than those of the gene while the amoA and pmoA protein were conserved, which might be an indication of a differential selection pressure.
 
(übersetzt):In der vorliegenden Dissertation wurde, unter Anwendung molekular-biologischer Methoden, die Diversität funktionaler bakterieller Gene im Stickstoffkreislauf im Plußsee, Schöhsee und einer küstennahen Station der Ostsee (Boknis Eck) untersucht. Die Diversität Ammoniak-oxidierender Bakterien (AOB) wurde anhand von Klonbibliotheken aus PCR-Produkten des Gens für die Untereinheit A des Schlüsselenzyms Ammoniak-Monooxygenase (amoA) untersucht. Die häufigsten Sequenzen aus der Wassersäule bei Boknis Eck und 1m Wassertiefe Schöhsee waren mit verschiedenen Gruppen der Nitrosospira verwandt. Sequenzen aus dem Plußsee 7m, Schöhsee 12m und dem Sediment der beiden Seen wurden in einer Gruppe zusammengefasst, die nur Sequenzen aus verschiedenen Umweltproben enthält. Zwei Gruppen aus dem Ostsee Sediment waren verwandt mit einem bereits existierenden Cluster, das nur Sequenzen aus Brackwasser und marinen Habitaten enthält. Es wurde die Diversität der beiden Gene mit gemeinsamem evolutionärem Ursprung Ammoniak-Monooxygenase (AMO) und partikuläre Methan-Monooxygenase (pMMO) analysiert. Klonbibliotheken enthielten vorwiegend Sequenzen der pmoA von Methan-oxidierenden gamma Proteobakterien (g-MOB). Die amoA Sequenzen waren verwandt mit denen aus Ammoniak-oxidierenden beta Proteobakterien (b-AOB), es wurden keine amoA Sequenzen der gamma Proteobakterien gefunden. Bei einigen Klonen aus dem Sediment der beiden Seen hatte die aus der Basensequenz abgeleitete Aminosäuresequenz des Enzyms entfernte Ähnlichkeit mit PmoA aus Crenothrix polyspora, einem filamentösen, Methan-oxidierenden Bakterium mit ungewöhnlicher Methan-Monooxygenase. Die Verbreitung denitrifizierender Bakterien wurde anhand der Gene nirK und nirS für Nitrit-Reduktase untersucht. Die meisten nirK Sequenzen aus den Klonbibliotheken von allen Standorten gehörten zu zwei phylogenetisch unterschiedlichen Gruppen. Die nirS Sequenzen aus beiden Seen waren auf verschiedene Gruppen des gesamten phylogenetischen Stammbaumes verteilt, die nur wenige Sequenzen aus der Ostsee enthielten. Bei Boknis Eck waren die Sequenzen der nirK-Klone in den verschiedenen Proben aus der Wassersäule unterschiedlich, während nirS-Sequenzen im Sediment dominierten, aber in der Wassersäule fast vollständig fehlten. Im Plußsee waren diese Verhältnisse umgekehrt: Denitrifizierer mit nirK waren diverser in der Wassersäule, und solche mit nirS im Sediment.
 
Schlagworte:Ammonia oxidizing bacteria, denitrifying bacteria, methane oxidizing bacteria, functional gene, amoA, pmoA, nirK, nirS, lake, Baltic Sea
 
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