velikost textu

Molecular biology and ecology of microbial decomposition of plant-derived biopolymers in forest ecosystems

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Molecular biology and ecology of microbial decomposition of plant-derived biopolymers in forest ecosystems
Název v češtině:
Molekulární biologie a ekologie rozkladu rostlinných biopolymerů v lesních ekosystémech mikroorganismy
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Lucia Žifčáková
Školitel:
RNDr. Mgr. Petr Baldrian, Ph.D.
Oponenti:
doc. Ing. Ondřej Uhlík, Ph.D.
Ing. Jiří Bárta, Ph.D.
Id práce:
128358
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
Program studia:
Mikrobiologie (P1510)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
21. 3. 2017
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
ecology, molecular biology, fungi, bacteria, forest ecosystems, decomposition, plant biopolymers, cellulose
Klíčová slova v angličtině:
ecology, molecular biology, fungi, bacteria, forest ecosystems, decomposition, plant biopolymers, cellulose
Abstrakt:
Abstrakt V této dizertační práci byly studovány schopnosti hub a bakterií degradovat jednoduché i složité uhlíkaté sloučeniny získané z různých zdrojů, jako jsou kořenové exsudáty, opad, půdní organická hmota nebo houbové mycelium. Znalost funkčních vlastností, zejména degradačních schopností hub a bakterií, je důležitá pro dešifrování černé skříňky fungování mikrobů v půdě, a tím pomáhá při modelování a předpovídání budoucích směrů vývoje mikrobiálních společenstev tváří v tvář globálním změnám. U sbírkových kmenů hub s různou taxonomií a ekofyziologií byla ekofyziologie důležitější při projevu funkčních vlastností než taxonomie. U bakteriálních izolátů z opadu a půdy smrkového lesa, bylo potvrzeno, že Acidobakterie produkují širokou škálu enzymů ve velkém množství in vitro, byly také hojně zastoupeny a také aktivní v procesech rozkladu v kyselé smrkové půdě. Exprese degradačních enzymů u bakterií i hub byly dále studovány in situ v půdě smrkového lesa, která představuje důležité životní prostředí vzhledem k širokému rozšíření jehličnatých lesů na severní polokouli. Naše znalosti, pokud jde o pochopení sezónního vlivu na mikrobiální činnost, jsou nedostatečné. To je důvod, proč byl studovaný vliv sezónnosti na transkripci všech funkčních genů u hub a bakterií. Stejné experimentální uspořádání bylo použito pro srovnání kódovaného a přepisovaného poměru enzymů podílejících se na cyklu uhlíku, jakož i na sezónnosti jejich transkripce u hub a bakterií, včetně enzymu β-glukosidázy zapojeného do posledního kroku degradace celulózy. Zaměření na sezónnost je motivováno očekáváním, že sezónní změny ve množství fotosyntátů produkovaných stromy v lese, a tím i změny v množství kořenových exsudátů mezi létem a zimou budou mít vliv na diverzní půdní společenstvo mikrobů, ale hlavně na ektomykorhizní houby (ECM). Nižší transkripční aktivita ECM a vyšší množství bakteriálních transkriptů bylo skutečně pozorováno v metatranskriptomu v zimě. Ukázalo se, že letní a zimní mikrobiální společenstva používají různé sady enzymů. A to zejména v půdě, což pravděpodobně odráží odlišné složení C sloučenin, které jsou dostupné mikroorganizmům přes rok, i když jsme nepozorovali změny ve složení nebo zastoupení u mikrobiálních společenstev. V zimě jsme pozorovali využití zásobních látek a vyšší výskyt bakteriálních transkriptů, zatímco v létě spíše využívaní komplexních zdrojů C převážně Basidiomycety, které do značné míry reprezentovali ECM houby ve studované půdě. Při zacílení na β-glukosidázu bylo demonstrováno, že i PCR amplikony z částečné genové sekvence mohou být užitečným ukazatelem diverzity i zapojení bakterií a hub v degradaci celulózy a sezónnosti transkripce tohoto enzymu. Avšak kompletní diverzita nemůže být získána amplikonovým sekvenováním, protože amplifikační primery v zásadě opomíjejí některé organismy. Celkově náš výsledek naznačuje, že jednoduché C sloučeniny mají tzv. „priming“ efekt, to znamená, že jsou nezbytné pro degradaci komplexní půdní organické hmoty houbami.
Abstract v angličtině:
Abstract The abilities of fungi and bacteria to degrade simple and complex carbon compounds derived from different sources, such as root exudates, litter, soil organic matter or fungal mycelium were studied in this dissertation. Knowledge of functional traits, especially degradation abilities of fungi and bacteria, are important for deciphering the black box of microbial functioning in topsoil and thus aiding in modeling and predicting future directions of microbial communities development in face of global changes. Among fungal cultures form culture collection representing strains with different taxonomy and ecophysiology, the ecophysiology of fungi was more important in manifestation of functional traits than taxonomy. Among bacterial isolates from the litter and soil of spruce forest, Acidobacteria were confirmed to express multiple decomposition enzymes in high rates in vitro and were also abundant and active degraders in acidic spruce forest soil. The expression of degradation capacities of both bacteria and fungi were further studied in situ in spruce forest topsoil, that represents an important environment due to the ubiquity of coniferous forests on the Northern hemisphere. There is an obvious gap of knowledge, when comes to our understanding of seasonal effect on microbial functioning, and this is why the effect of seasonality on transcription of all functional genes of fungi and bacteria was also addressed. The same experimental set-up was used to compare the encoded and transcribed capacity of enzymes involved in carbon cycle as well as seasonality of their production by fungi and bacteria including β-glucosidase, the enzyme involved in the last step of complete cellulose degradation. The focus on seasonality is motivated by the expectation that the seasonal change in the amount of photosynthates produced by trees in forest and thus the changes in the amount of root exudates between summer and winter affect diverse soil microbiota but mostly ectomycorrhizal fungi (ECM). Indeed, lower transcription activity of ECM and higher abundance of bacterial transcripts in metatranscriptome was observed in winter. It was shown that summer and winter microbial communities use different enzyme sets, especially in soil, which probably reflects distinct C compounds available to microorganisms through the year, although microbes did not change their abundance or composition. In winter, the usage of storage compounds and higher abundance of bacterial transcripts was observed, while in summer, complex C sources were used mostly by Basidiomycota that largely represented ECM members in studied soil. When targeting β- glucosidase, PCR amplicons of partial gene sequence were demonstrated to be a useful proxy of diversity and the involvement of both bacteria and fungi in cellulose degradation and seasonal patterns of enzyme transcription were observed. However, the full diversity could not be obtained by amplicon sequencing since amplification primers miss some organisms. Overall, the result indicate that simple C compounds have priming effect on and are required for the fungal degradation of recalcitrant soil organic matter.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Lucia Žifčáková 13.23 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Lucia Žifčáková 151 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Lucia Žifčáková 150 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Lucia Žifčáková 478 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. Ing. Ondřej Uhlík, Ph.D. 928 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. Jiří Bárta, Ph.D. 302 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 616 kB