text size

Genetic potential for methane metabolism in the Greenland subglacial ecosystem

Notice: I hereby declare that I am aware that the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.
Title:
Genetic potential for methane metabolism in the Greenland subglacial ecosystem
Title (in czech):
Genetický potenciál pro metabolismus metanu v grónském subglaciálním ekosystému
Type:
Diploma thesis
Author:
Bc. Marek Rybár
Supervisor:
Mgr. Marek Stibal, Ph.D.
Opponent:
Mgr. Marie Šabacká, Ph.D.
Thesis Id:
187213
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Ecology (31-162)
Study programm:
Biology (N1501)
Study branch:
Ecology (NEKO)
Degree granted:
Mgr.
Defence date:
03/02/2020
Defence result:
Very good
Language:
English
Keywords (in czech):
subglaciální ekosystém, ledovce, mikrobiální aktivita, organická hmota, cyklus uhlíku, metan
Keywords:
subglacial ecosystem, glaciers and ice sheets, microbial activity, organic matter, carbon cycling, methane
Abstract (in czech):
Subglaciální prostředí se nachází na rozhraní ledovců a jejich podloží. Představuje jeden z hlavních ekosystémů spojených s ledovci a ledovcovými pokrývkami. Zahrnuje tekutou vodu i jemný materiál rozdrcený pohybem ledovců obsahující organický materiál. Velké oblasti subglaciálního sedimentu jsou každoročně obnaženy kvůli tání a ústupu ledovců, což ovlivňuje subglaciální zásoby uhlíku a může mít významný dopad na regionální toky uhlíku. Vzhledem k rozšířené anoxii v ledovcových podloží jsou subglaciální prostředí potenciálními producenty a zásobárnami metanu, který může být uvolněn do atmosféry v důsledku ústupu ledovců. Zatímco přítomnost metanogenů a organizmů oxidujících metan v subglaciálním prostředí byla ukázána na základě 16S rRNA genových dat, v současné době neexistují žádná data o funkčním genetickém potenciálu metabolismu metanu. V této studii byly poprvé využity metagenomy, získané ze subglaciálního sedimentu exportovaného řekou zpod Grónského ledovce, k charakterizaci metabolického potenciálu metabolismu metanu a identifikaci a kvantifikaci genů zapojených do produkce a spotřeby metanu. Byly také zkoumány funkční geny potenciálních syntrofních drah. Funkční geny metanogeneze/anaerobní oxidace metanu a metanotrofie byly zaznamenány ve všech čtyřech metagenomech. Výsledky analýz poskytují přesvědčivý důkaz o přítomnosti metanotrofních organismů z čeledi Methylococcaceae, což naznačuje přítomnost metanu jako substrátu. Přítomnost hydrogenotrofních metanogenů byla rovněž zaznamenána, byť v nižších množstvích, zatímco žádné taxony potenciálně schopné oxidace metanu za anaerobních podmínek nebyly nalezeny. Prezentovaná data rozšiřují naše chápání fungování subglaciálního ekosystému a přinášejí nový pohled na potenciál tvorby a koloběhu metanu v podledovcových ekosystémech.
Abstract:
Subglacial environments, located at the interface of glacier ice and bedrock, represent one of the major ecosystems associated with glaciers and ice sheets. This environment contains liquid water and underlying sediment with large amounts of organic matter overridden during periods of ice advance. Large areas of subglacial sediment are exposed annually by glacier melting and retreat, which affects the subglacial carbon stores and may significantly impact regional carbon fluxes. Due to the widespread anoxia at glacier beds, subglacial environments are potential producers and reservoirs of methane that can be released into the atmosphere as a consequence of glacial retreat. While the presence of methanogens and methane oxidisers has been shown based on 16S rRNA gene data, no data on the functional genetic potential for methane metabolism currently exist. In this study, the first subglacial metagenomes obtained from subglacial sediment exported from beneath the Greenland ice sheet by a meltwater river were used to characterize the metabolic potential for methane metabolism by the identification and quantification of genes involved in methane production and consumption. Functional genes of potential syntrophic pathways were also investigated. Functional genes of methanogenesis/anaerobic oxidation of methane and methanotrophy were detected in all four metagenomes. The data provide strong evidence for the presence of methanotrophic organisms within the family Methylococcaceae, which indicates the presence of methane as a substrate. Hydrogenotrophic methanogens were also identified, albeit in lower quantities, while no taxa potentially capable of methane oxidation under anaerobic conditions were detected. The presented data broaden our understanding of the functioning of the subglacial ecosystem and bring a fresh look at the production and recycling potential of methane at glacier beds.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Bc. Marek Rybár 1.31 MB
Download Abstract in czech Bc. Marek Rybár 58 kB
Download Abstract in english Bc. Marek Rybár 74 kB
Download Supervisor's review Mgr. Marek Stibal, Ph.D. 1.19 MB
Download Opponent's review Mgr. Marie Šabacká, Ph.D. 146 kB
Download Defence's report doc. Mgr. Lukáš Kratochvíl, Ph.D. 152 kB