Die Phyllosphäre als Lebensraum für Bakterien: Mechanismen der Interaktion epiphyller Bakterien mit der pflanzlichen Kutikula
Die Phyllosphäre als Lebensraum für Bakterien: Mechanismen der Interaktion epiphyller Bakterien mit der pflanzlichen Kutikula
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DissertationDate of Exam
01.12.2020Date of Publication
16.12.2020Advisor
Schreiber, LukasCo-Referee
Baluška, FrantišekMetadata
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Abstract
Die Phyllosphäre stellt einen lebensfeindlichen Lebensraum dar. Jedoch gibt es epiphytisch lebende Bakterien, die diesen Lebensumständen entgegenwirken und Mechanismen entwickelt haben, in diesem kargen Lebensraum Nährstoffe zu bekommen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt hydrophile Substanzen, besonders Kohlenhydrate, die auf der pflanzlichen Kutikula zu finden sind, mittels Gaschromatographie zu analysieren. Ziel dieser Methode war es die Anzahl der entstehenden Peaks, die Kohlenhydrate aufgrund ihrer unterschiedlichen Isomere hervorrufen, zu minimieren. Dadurch, dass die Oxogruppe der Kohlenhydrate mit Hilfe von O-Ethylhydroxylamin zu einem Oxim reagierte, wurde der Ringschluss verhindert und die Anzahl der Isomere auf ein (Fructose und Saccharose) bis zwei Formen (Glucose) reduziert. BSTFA diente dazu, die Hydroxygruppen zu Trimethylsilylethern zu verethern und somit die Hydrophobizität zu erhöhen. Diese ist nötig, damit die Substanzen flüchtiger werden. Hydrophile Substanzen, die auf Blättern von Bohne (Phaseolus vulgaris) vorkommen, wurden analysiert. Es konnten die Substanzen Glucose, Fructose, Saccharose und Myoinositol eindeutig mit Hilfe von Standards und der Massenspektroskopie identifiziert werden. Zwei Substanzen, eines aus der Klasse der Kohlenhydrate und eines aus der Klasse der Flavonoide, konnten nicht eindeutig bestimmt werden.Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde untersucht, wie die Biotensidproduktion von Pseudomonas syringae die Diffusion von den 14C-markierten organischen Soluten Fructose, Arginin und Glycerin durch die pflanzliche Kutikula erhöhen kann. Hierfür wurde der Wildtyp und ein zugehöriger knock-out, der keine Biotenside produzierte, verwendet. Die Diffusion wurde indirekt ermittelt, indem die 14CO2-Produktion der Bakterien gemessen wurde. Der Wildtyp zeigte meistens eine höhere 14CO2-Produktion als der knock-out. Hedera helix diente als Vertreter sehr undurchlässiger Kutikulamembranen und Populus canescens als Vertreter relativ durchlässiger Kutikulamembranen mit mehr polaren Poren (Schreiber und Schönherr, 2009). Im Weiteren konnte das Fehlen der Biotensidproduktion bei P. syringae db KO kompensiert werden, indem industriell hergestellte Tenside, Glucopon 215 CSUP beziehungsweise Plurafac LF 300, hinzugegeben wurden. So produzierte P. syringae db KO mit beigefügtem Tensid mehr 14CO2 als ohne bei Populus canescens Kutikulamembranen und Fructose als diffundierendes Solut.
Im letzten Teil wurden Wachskomponenten als potenzielle C-Quellen für P. syringae und Rhodococcus fascians untersucht. Auf Grund seines großen metabolischen Spektrums konnte R. fascians die 14C-markierten Wachsmonomere in Flüssigmedium und auf pflanzlichen Kutikulamembranen zu 14CO2 abbauen. Nur Octacosan konnte auf der pflanzlichen Kutikula nicht abgebaut werden. P. syringae weißt nicht ein solch breites metabolisches Spektrum auf und zeigte bei den sehr langkettigen Wachsmonomeren zumindest auf der pflanzlichen Kutikula keine 14CO2-Produktion. In Flüssigmedium zeigte sich eine 14CO2-Produktion, und man konnte die höhere 14CO2-Produktion bei P. syringae WT auf Grund der Biotensidproduktion im Vergleich zum db KO erkennen. Octadecansäure konnte von allen Bakterien abgebaut werden, da sie im normalen Fettsäurestoffwechsel vorkommt. Hier erwies sich bei P. syringae WT die Biotensidproduktion in Flüssigmedium als Vorteil gegenüber seinem db KO. R. fascians hatte dennoch keinen Nachteil im Abbau von Octadecansäure. R. fascians ist bekannt dafür, zellgebundene Biotenside zu besitzen, die seine Zelloberfläche hydrophob machen und dadurch der Kontakt und die Aufnahme von hydrophoben Substanzen erleichtert wird.
In den Wachstumsversuchen konnte man erneut R. fascians Fähigkeit erkennen, Alkane abbauen zu können. Nur R. fascians wuchs auf den vier Paraffinwachsen und dem Paraffinöl. P. syringae WT und db KO zeigten nur auf Sonnenblumenöl Wachstum, welches R. fascians auch abbauen konnte. Es zeigte sich, dass es verschiedene Mechanismen in der Phyllosphäre gibt, das karge Nahrungsangebot optimal zu nutzen. Zum einen kann die Biotensidproduktion von P. syringae die Verfügbarkeit von Nährstoffen auf der pflanzlichen Kutikula erhöhen. Zum anderen können das breite metabolische Spektrum von R. fascians und die hydrophobe Zelloberfläche hilfreich sein, einzelne Wachsmonomere abzubauen.
Im letzten Teil wurden Wachskomponenten als potenzielle C-Quellen für P. syringae und Rhodococcus fascians untersucht. Auf Grund seines großen metabolischen Spektrums konnte R. fascians die 14C-markierten Wachsmonomere in Flüssigmedium und auf pflanzlichen Kutikulamembranen zu 14CO2 abbauen. Nur Octacosan konnte auf der pflanzlichen Kutikula nicht abgebaut werden. P. syringae weißt nicht ein solch breites metabolisches Spektrum auf und zeigte bei den sehr langkettigen Wachsmonomeren zumindest auf der pflanzlichen Kutikula keine 14CO2-Produktion. In Flüssigmedium zeigte sich eine 14CO2-Produktion, und man konnte die höhere 14CO2-Produktion bei P. syringae WT auf Grund der Biotensidproduktion im Vergleich zum db KO erkennen. Octadecansäure konnte von allen Bakterien abgebaut werden, da sie im normalen Fettsäurestoffwechsel vorkommt. Hier erwies sich bei P. syringae WT die Biotensidproduktion in Flüssigmedium als Vorteil gegenüber seinem db KO. R. fascians hatte dennoch keinen Nachteil im Abbau von Octadecansäure. R. fascians ist bekannt dafür, zellgebundene Biotenside zu besitzen, die seine Zelloberfläche hydrophob machen und dadurch der Kontakt und die Aufnahme von hydrophoben Substanzen erleichtert wird.
In den Wachstumsversuchen konnte man erneut R. fascians Fähigkeit erkennen, Alkane abbauen zu können. Nur R. fascians wuchs auf den vier Paraffinwachsen und dem Paraffinöl. P. syringae WT und db KO zeigten nur auf Sonnenblumenöl Wachstum, welches R. fascians auch abbauen konnte. Es zeigte sich, dass es verschiedene Mechanismen in der Phyllosphäre gibt, das karge Nahrungsangebot optimal zu nutzen. Zum einen kann die Biotensidproduktion von P. syringae die Verfügbarkeit von Nährstoffen auf der pflanzlichen Kutikula erhöhen. Zum anderen können das breite metabolische Spektrum von R. fascians und die hydrophobe Zelloberfläche hilfreich sein, einzelne Wachsmonomere abzubauen.
Subjects
Phyllosphäre, Pseudomonas syringae, Rhodococcus fascians, Wachsabbau, Biotenside, phyllosphere, wax degradation, leaching, epiphytic bacteria, biosurfactants
Classification (DDC)
500 Naturwissenschaften 570 Biowissenschaften, Biologie 580 Pflanzen (Botanik)Linnemann, Thomas Vitus: Die Phyllosphäre als Lebensraum für Bakterien: Mechanismen der Interaktion epiphyller Bakterien mit der pflanzlichen Kutikula. - Bonn, 2020. - Dissertation, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn.
Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-60709
Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-60709
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Im letzten Teil wurden Wachskomponenten als potenzielle C-Quellen für P. syringae und Rhodococcus fascians untersucht. Auf Grund seines großen metabolischen Spektrums konnte R. fascians die 14C-markierten Wachsmonomere in Flüssigmedium und auf pflanzlichen Kutikulamembranen zu 14CO2 abbauen. Nur Octacosan konnte auf der pflanzlichen Kutikula nicht abgebaut werden. P. syringae weißt nicht ein solch breites metabolisches Spektrum auf und zeigte bei den sehr langkettigen Wachsmonomeren zumindest auf der pflanzlichen Kutikula keine 14CO2-Produktion. In Flüssigmedium zeigte sich eine 14CO2-Produktion, und man konnte die höhere 14CO2-Produktion bei P. syringae WT auf Grund der Biotensidproduktion im Vergleich zum db KO erkennen. Octadecansäure konnte von allen Bakterien abgebaut werden, da sie im normalen Fettsäurestoffwechsel vorkommt. Hier erwies sich bei P. syringae WT die Biotensidproduktion in Flüssigmedium als Vorteil gegenüber seinem db KO. R. fascians hatte dennoch keinen Nachteil im Abbau von Octadecansäure. R. fascians ist bekannt dafür, zellgebundene Biotenside zu besitzen, die seine Zelloberfläche hydrophob machen und dadurch der Kontakt und die Aufnahme von hydrophoben Substanzen erleichtert wird.
In den Wachstumsversuchen konnte man erneut R. fascians Fähigkeit erkennen, Alkane abbauen zu können. Nur R. fascians wuchs auf den vier Paraffinwachsen und dem Paraffinöl. P. syringae WT und db KO zeigten nur auf Sonnenblumenöl Wachstum, welches R. fascians auch abbauen konnte. Es zeigte sich, dass es verschiedene Mechanismen in der Phyllosphäre gibt, das karge Nahrungsangebot optimal zu nutzen. Zum einen kann die Biotensidproduktion von P. syringae die Verfügbarkeit von Nährstoffen auf der pflanzlichen Kutikula erhöhen. Zum anderen können das breite metabolische Spektrum von R. fascians und die hydrophobe Zelloberfläche hilfreich sein, einzelne Wachsmonomere abzubauen.},
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Im letzten Teil wurden Wachskomponenten als potenzielle C-Quellen für P. syringae und Rhodococcus fascians untersucht. Auf Grund seines großen metabolischen Spektrums konnte R. fascians die 14C-markierten Wachsmonomere in Flüssigmedium und auf pflanzlichen Kutikulamembranen zu 14CO2 abbauen. Nur Octacosan konnte auf der pflanzlichen Kutikula nicht abgebaut werden. P. syringae weißt nicht ein solch breites metabolisches Spektrum auf und zeigte bei den sehr langkettigen Wachsmonomeren zumindest auf der pflanzlichen Kutikula keine 14CO2-Produktion. In Flüssigmedium zeigte sich eine 14CO2-Produktion, und man konnte die höhere 14CO2-Produktion bei P. syringae WT auf Grund der Biotensidproduktion im Vergleich zum db KO erkennen. Octadecansäure konnte von allen Bakterien abgebaut werden, da sie im normalen Fettsäurestoffwechsel vorkommt. Hier erwies sich bei P. syringae WT die Biotensidproduktion in Flüssigmedium als Vorteil gegenüber seinem db KO. R. fascians hatte dennoch keinen Nachteil im Abbau von Octadecansäure. R. fascians ist bekannt dafür, zellgebundene Biotenside zu besitzen, die seine Zelloberfläche hydrophob machen und dadurch der Kontakt und die Aufnahme von hydrophoben Substanzen erleichtert wird.
In den Wachstumsversuchen konnte man erneut R. fascians Fähigkeit erkennen, Alkane abbauen zu können. Nur R. fascians wuchs auf den vier Paraffinwachsen und dem Paraffinöl. P. syringae WT und db KO zeigten nur auf Sonnenblumenöl Wachstum, welches R. fascians auch abbauen konnte. Es zeigte sich, dass es verschiedene Mechanismen in der Phyllosphäre gibt, das karge Nahrungsangebot optimal zu nutzen. Zum einen kann die Biotensidproduktion von P. syringae die Verfügbarkeit von Nährstoffen auf der pflanzlichen Kutikula erhöhen. Zum anderen können das breite metabolische Spektrum von R. fascians und die hydrophobe Zelloberfläche hilfreich sein, einzelne Wachsmonomere abzubauen.},
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