title: Diversity and evolutionary patterns in the bacterial gut microbiota of termites and cockroaches
title: Diversity and evolutionary patterns in the bacterial gut microbiota of termites and cockroaches
title: Diversität und evolutionäre Muster der bakteriellen Darmmikrobiota von Termiten und Schaben
Creators: name: Köhler, Tim
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2012
Subjects: Mikrosensor
16S
Cockroaches
Vielfalt
Termites
Gut microbiota
Biowissenschaften, Biologie
DNS-Sequenz
Bakterien
Pyrotagsequenzierung
Pyrotag sequencing
Habitat
Termiten
Ribosomale RNS 16S
Darmmikrobiota
Sequenzanalyse Chemie
Schaben

description: Diese Arbeit umfasst eine Reihe
      von Studien über die bakterielle Darmmikrobiota von Schaben
      und Termiten, die der Superordnung Dictyoptera zuzuordnen
      sind. Zunächst wurde eine Hochdurchsatz-Sequenziermethode für
      Insektendarmbakterien etabliert und am Beispiel der höheren,
      holzfressenden Termite Nasutitermes corniger getestet.
      Hierbei wurden die mikrobiellen Gemeinschaften der einzelnen
      Darmkompartimente dieser Termite anhand der bakteriellen
      16S-rRNA-Gene untersucht. Anschließend wurde eine ausgedehnte
      Studie von Vertretern aller Familien und Subfamilien der
      Schaben und Termiten, sowie aller Ernährungstypen dieser
      Insekten durchgeführt, um evolutionäre sowie
      nahrungsabhängige Muster der Darmmikrobiota zu untersuchen.
      Die umfassende Studie zur Zusammensetzung der Mikrobiota
      verschiedener Darmkompartimente der Termite N. corniger wurde
      mit der Messung physikochemischer Parameter des Darms
      verknüpft. Die im am dichtest besiedelten P3 gefundenen
      Bakterien dominieren die mikrobielle Darmgemeinschaft. Die
      ausgeprägte Akkumulation an Wasserstoffpartialdruck (bis zu
      12 kPa) im P3 ist vermutlich der Produktion durch
      Spirochaetes und Fibrobacteres zuzuschreiben, die dieses
      Kompartiment dominieren. Alle anderen Darmkompartimente von
      N. corniger—so auch das alkalische P1 (mittlerer pH
      10,0)—weisen im Vergleich zum P3 klar unterschiedliche,
      wenngleich auch zahlenmäßig geringere mikrobielle
      Gemeinschaften auf. Die Gemeinsamkeiten der Mikrobiota
      zwischen den posterioren Darmkompartimenten und dem Kropf
      deuten darauf hin, dass proktodeale Trophallaxis oder
      Koprophagie als Verhaltensweise auch bei höheren Termiten
      vorkommt. Der Vergleich der Darmmikrobiota verschiedener
      Dictyoptera-Spezies zeigte, dass die mikrobiellen
      Gemeinschaften im Schabendarm diverser und weniger
      spezialisiert sind als in Termiten und sich bereits auf
      Phylumebene signifikant unterscheiden. Die Verteilung
      einzelner bakteriellen Linien dokumentieren eine
      (Ko-)Evolution der Darmmikrobiota mit deren
      Insekten-Wirtsspezies. Dies zeichnet sich in ausgeprägten
      Gruppierungen der Wirte bezüglich deren phylogenetischen
      Verwandtschaft und Nahrungsmustern aus. Viele der für die
      Gruppierung verantwortlichen bakteriellen Linien (z.B.
      Fibrobacteres, Treponema und Bacteroidetes Cluster V)
      scheinen in unterschiedlicher Anzahl in allen Dictyoptera
      vorhanden zu sein. Der Darm könnte als Reservoir für
      verschiedenste Bakterien dienen, die sich als Besiedler von
      Nischen ausgewählter Wirte (phylogenetisch oder
      nahrungsabhängig) anreichern und entfalten können.
      Statistische Analysen bestätigten die phylogenetische
      Position der Darmmikrobiota von Cryptocercus zwischen der von
      Termiten und Schaben.
description: This thesis comprises an array of
      studies about the bacterial gut microbiota in cockroaches and
      termites belonging to the superorder Dictyoptera. A
      high-throughput sequencing method, namely 454 pyrotag
      sequencing, was established and tested to analyzing bacterial
      16S rRNA genes in intestinal tracts of insects. For this
      purpose the microbial communities within the gut compartments
      of the higher wood-feeding termite Nasutitermes corniger were
      investigated. In addition, physicochemical gut conditions of
      this termite were measured. Furthermore, a broad survey of
      specimen covering all families and subfamilies of cockroaches
      and lower and higher termites, including all known feeding
      habits, was conducted to investigate evolutionary and dietary
      patterns of their gut microbiota. The comprehensive study
      linking physicochemical gut conditions with the structure of
      the microbial communities in the different gut compartments
      of N. corniger revealed the dilated hindgut paunch (P3) as
      the densest colonized gut compartment dominating the whole
      microbial gut community. This compartment accumulates high
      hydrogen partial pressures (up to 12 kPa), which was
      apparently produced by the dense community of Spirochaetes
      and Fibrobacteres dominating also the gut of other
      Nasutitermes species. All other compartments such as the
      alkaline P1 (average pH 10.0) comprised small but distinct
      populations characteristic for each gut region. Finally,
      similarities in the microbial communities of posterior
      hindgut and crop suggested that proctodeal trophallaxis or
      coprophagy is present also in higher termites. The study of
      the Dictyoptera hindgut microbiota could show that the
      cockroach microbial gut community is more diverse and less
      specialized than that of the termites. Both differ
      significantly in their composition already on phylum level.
      The emerging patterns document a long history of
      (co)evolution of the gut microbiota with their dictyopteran
      host species. This resulted in clear and distinct clustering
      of the hosts concerning their phylogenetic relationship and
      dietary demands. Many of the bacterial lineages causing this
      clustering (e.g., Fibrobacteres, Treponema, and Bacteroidetes
      Cluster V) seem to be ubiquitous, albeit very rare in most of
      the Dictyoptera. The gut could serve as a reservoir of
      diverse bacteria that seem to exploit specific niches only in
      exclusive phylogenetic or dietary groups of host guts.
      Furthermore, the analyses could add to the inherent peculiar
      position of the wood-feeding cockroach Cryptocercus
      punctulatus sharing many microbial core taxa with the
      cockroaches, lower, and the higher termites. Statistical
      analyses verified the phylogenetic position of Cryptocercus
      hindgut microbiota in between the termites and
      cockroaches.