The bacterial gut microbiota of wood- and humus-feeding termites: Diazotrophic populations and compartment-specific response of bacterial communities to environmental factors

Thema dieser Arbeit ist der Einfluss der Mikroumgebung auf die Symbiose zwischen hoheren Termiten und ihren Darmbakterien. Die intestinalen Umweltfaktoren pH, Redoxpotential, Wasserstoffpartialdruck sowie die Stickstoff-Poolgrosen wurden gemessen. Die Struktur der bakteriellen Darmgemeinschaft wurde separat in jedem Abschnitt des stark kompartimentierten Darms untersucht. Daruber hinaus wurde die spezifische Funktion der Stickstofffixierung in niederen Termiten, hoheren Termiten und Schaben untersucht. Wasserstoffpartialdruck, pH, und Redoxpotential in den Darmabschnitten von humus- und bodenfressenden Termiten wurden mit Mikrosensoren gemessen. Die Grose der gesamten bakteriellen Gemeinschaften in den einzelnen Darmabschnitten wurde erfasst, indem die 16S-rRNA-Genkopienzahl durch qPCR bestimmt wurde. Da die Diat von Humus- und Bodenfressern sehr stickstoffreich ist, wurden weiterhin die Poolgrosen von Ammoniak, Nitrit und Nitrat durch einen kolorimetrischen Assay quantifiziert. Hohere Termiten haben sich daran angepasst Lignocellulose in verschiedenen Stadien der Humifizierung, wie Holz, Humus, oder Boden umzusetzen. Die hohe Alkalinitat im vorderen Enddarm von humus- und bodenfressenden Termiten spielt moglicherweise eine wichtige Rolle bei der Verdauung von Proteinen und Polypeptiden. Unsere umfassenden Messungen der intestinalen physikochemischen Parameter bestarken die Hypothese, dass die intestinale Mikroumgebung evolutionar an ernahrungsbedingte Unterschiede angepasst ist. Die Ergebnisse der Amplicon-Sequenzierungen (Miseq) unterstrichen, dass die Gemeinschaftsstruktur der Darmbakterien in jedem Darmabschnitt durch zahlreiche Umweltfaktoren wie pH, Wasserstoffpartialdruck und Ernahrung des Wirts beeinflusst wird. Homologe Kompartimente des Enddarms von Humus- und Bodenfressern beherbergten ahnliche Bakterien, unabhangig von der Unterfamilie des Wirts. In holz- und grasfressenden Termiten bestand die Darmmikrobiota hauptsachlich aus Actinobacteria, Fibrobacteres und Spirochaetes. In humus- und detritusfressenden Termiten waren hingegen vor allem Gattungen aus Bacteroidetes, Spirochaetes und Firmicutes vertreten. Das deutet darauf hin, dass sie essentiell zum Verdauungsprozess beitragen. Stickstoffverfugbarkeit sollte ebenfalls die Zusammensetzung des Darmmikrobioms von Termiten beeinflussen. Das gilt vor allem fur den Darm von Holz-fressende Termiten, wo Diazotrophie besonders wichtig ist. Der Darm von humus- und bodenfressenden Termiten wies hohe Konzentrationen von Ammoniak, Nitrit und Nitrat auf, nicht jedoch der von holzfressenden Termiten. Dieses Phanomen hangt mit der Ernahrung der Termiten zusammen. Holzfresser sind aufgrund des hohen C/N-Quotienten ihrer Diat Stickstoff-limitiert. Sie benotigen Strategien um diese Schwierigkeit zu uberwinden. Stickstofffixierung durch symbiotische Darmbakterien hilft ihnen bei der Stickstoffversorgung. Die Quantifizierung der Stickstoff fixierenden Populationen erfolgte auf DNA-Ebene durch qPCR des molekularen Markergens nifH. Normalisiert nach…