title: Methan oxidierende Bakterien an der oxisch-anoxischen Grenzschicht
title: Methane oxidizing bacteria at the oxic-anoxic interface : taxon-specific activity and resilience
Creators: name: Reim, Andreas
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: pmoA
Methan
pmoA , Paddy
Biowissenschaften, Biologie
Methanstoffwechsel

description: The methanotrophic bacteria are the
      only known biological sink for the third most important
      greenhouse gas methane, performing an important ecosystem
      function influencing global climate change. In the soil
      surface layer of water logged soils aerobic methanotrophs
      thrive at the oxic-anoxic interface attenuating the amount of
      potentially emitted methane. The highly diverse methanotroph
      community is shaping the interface characterized by
      overlapping methane and oxygen gradients by their own
      activity. However, how the different methanotrophs physically
      share their microhabitat at the interface is unknown. Here we
      highly resolved the vertical distribution and activity of
      methanotrophs at the interface. To assess the structure of
      the present and active methanotroph community the particulate
      methane monooxygenase gene pmoA was used as a functional and
      phylogenetic marker. For quantification of pmoA genes and
      transcripts a new method, the competitive-(reverse
      transcriptase)-t-RFLP was established. Only a subset of the
      methanotroph community was shown to be active and the major
      activity was confined to a small zone around the interface.
      The predominantly active methanotrophs were affiliated to
      Methylobacter and no transcripts of type II methanotrophs
      (Methylosinus, Methylocystis) were found. Hence, different
      species within this guild exploited different niches in the
      same microenvironment. Furthermore, the methanotrophs
      resistance to desciccation (up to 18 years) was tested.
      Longer-lasting droughts reduced methanotrophic diversity, and
      adversely affected methane oxidation upon rewetting. Type I
      methanotrophs showed relatively higher pmoA gene expression,
      while type II were more resistant to desiccation. Finally, we
      showed that high methane source strength aids the ability of
      the methanotroph community to recover from the effect of a
      strong disturbance. However, recovery of the type II
      community was independent of pmoA gene expression and source
      strength indicating facultative growth. Overall, the
      methanotroph community in the soil surface layer is highly
      diverse. This work contributed to understand the high and
      apparently redundant diversity by unravelling niche
      differentiation at the fine spatial resolution and evaluating
      the effect of different source strength. Moreover, the range
      of alternative substrates used for growth seems to be another
      important factor in the environment.
description: Die Methanotrophen Bakterien sind
      die einzige bekannte biologische Senke für das
      drittwichtigste Treibhausgas, Methan. Damit erfüllen sie eine
      wichtige ökologische Funktion, die direkten Einfluss auf den
      globalen Klimawandel hat. Durch ihr Wachstum an der
      oxisch-anoxischen Grenzschicht in der Oberfläche von
      wassergesättigten Böden reduzieren aerobe Methanotrophe die
      Menge an potentiell emittiertem Methan. Außerdem führt ihre
      Aktivität zur Entstehung der durch überlappende Methan- und
      Sauerstoff-Gradienten gekennzeichneten Grenzschicht. Wie die
      verschiedenen Methanotrophen in dem Mikrohabitat an der
      oxisch-anoxischen Grenzschicht koexistieren, ist unbekannt.
      Zur Aufklärung haben wir hier sehr hochaufgelöst die
      vertikale Verteilung und Aktivität von Methanotrophen an der
      Grenzschicht untersucht. Die Zusammensetzung der
      gegenwärtigen und der aktiven methanotrophen Gemeinschaft
      wurde mittels eines der für die Membran-gebundene
      Methan-Monooxygenase kodierenden Gene (pmoA) aufgelöst,
      welches als funktioneller und phylogenetischer Marker diente.
      Zur Quantifizierung der pmoA Gen- und Transkript-Anzahl wurde
      eine neue Methode, die kompetitive-(Reverse
      Transkriptase)-t-RFLP, etabliert. Nur für einen Teil der
      methanotrophen Gemeischaft konnte Aktivität nachgewiesen
      werden. Diese ist jedoch auf eine kleine Zone um die
      Grenzfläche herum beschränkt. Die aktive Gemeinschaft wurde
      von Methylobacter verwandten Typ I Methanotrophen dominiert,
      während keine Typ II-spezifischen Transkripte (Methylosinus,
      Methylocystis) gefunden wurden. Obwohl also verschiedene
      Arten dieser funktionellen Gruppe im selben Mikrohabitat
      vorkommen besetzen sie doch offensichtlich verschiedene
      Nischen. Darüber hinaus wurde die Beständigkeit der
      Methanotrophen gegen Austrocknung getestet. Hierbei führten
      länger anhaltende Trockenzeiten (bis 18 Jahre) zu einer
      verringerten Diversität der methanotrophen Gemeinschaft und
      minderten die Methanoxidationsraten nach erneuter Vernässung
      des Bodens. Die Typ I Methanotrophen zeigten eine relativ
      hohe pmoA Genexpression, während Typ II resistenter gegen
      Austrocknung waren. Schließlich haben wir gezeigt, dass ein
      hoher Methan-Fluss die Fähigkeit der methanotrophen
      Gemeinschaft verbessert, sich von den Auswirkungen einer
      Störung zu erholen. Die Reaktion der Typ II Methanotrophen
      war allerdings unabhängig von pmoA Genexpression und dem
      Methan-Fluss, was auf fakultatives Wachstum hindeutet.
      Insgesamt ist die methanotrophe Gemeinschaft in der
      Oberflächenschicht des Bodens sehr divers. Diese Arbeit hat
      durch eine räumlich hoch aufgelöste Analyse der Einnischung
      und Beurteilung der Wirkung von verschieden starken
      Methan-Flüssen dazu beigetragen die Bedeutung der hohen
      scheinbar redundanten Vielfalt zu verstehen. Die Verwendung
      alternativen Substrate für das Wachstum scheint darüber
      hinaus ein weiterer wichtiger Faktor zur bevölkerung neuer
      Nischen zu sein.