title: Archaeale Vielfalt und Gemeinschaftsstruktur im Verdauungstrakt von höheren Termiten
title: Archaeal diversity and community structure in the compartmented gut of highert termites
Creators: name: Nonoh, James Oluoch Makombok
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: Termiten
Biowissenschaften, Biologie
Archaea

description: Phylogenetically higher termites
      emit higher amounts of methane than lower termites, but the
      reason for this phenomenon has not been clear. Our
      comparative study based on 16S rRNA gene sequencing and qPCR
      analysis of archaeal communities in the guts of higher
      termites revealed that unlike the lower termites, which host
      mainly members of Methanobacteriales in their guts, higher
      termites host a diverse assemblage of methanogenic
      euryarchaeota comprising representatives of four major
      orders: Methanobacteriales, Methanosarcinales,
      Methanomicrobiales and the recently discovered
      Methanoplasmatales. 16S rRNA-based diversity of archaea was
      highest in soil-feeding taxa, where nearly all major archaeal
      groups were represented. Besides the euryarchaeotal lineages,
      the gut contained also lineages closely related to
      ammonia-oxidizing Thaumarchaeota and a deep-branching termite
      specific group of uncultured archaea loosely affiliated to
      Crenarchaeota. Archaeal diversity in the fungus-cultivating
      Macrotermes species, in the grass-feeding Trinervitermes sp.,
      and in the wood-feeding Microcerotermes sp., which show low
      methane emission rates, was much lower. These results show
      the high methane emission rates in higher termites is
      reflected in the high diversity, density and complex
      community structure of archaea in the termite hindguts.
      Higher termites host gut-specific archaeal communities
      different from those of lower termites and from other
      environments and these communities seem to co-evolve with the
      host termite probably with shift in feeding behavior. Higher
      termites harbor archaeal lineages which are specific to their
      gut environment and are different from communities from lower
      termites and from other environments. Methanogenic archaea
      are heterogeneously distributed in the highly compartmented
      gut. Density and diversity of archaea was highest in
      posterior gut compartments, which also harbored most of the
      methanogenic activities. The highly alkaline anterior gut
      compartments were preferentially colonized by
      Methanosarcinales. Archaeal community structure differed
      strongly among gut compartments, with communities in the more
      methanogenic posterior gut sections being distinct from those
      of the anterior sections, a phenomenon that is reflected in
      the different micro-environmental conditions in the
      compartments. Experimental stimulation of methanogenesis in
      isolated gut sections of soil-feeding termites revealed
      significant activities of hydrogenotrophic methanogens that
      are obligately dependent on methanol and formate. Our results
      suggest that community structure in the different
      microhabitats is shaped by exogenous factors, such as pH,
      oxygen status and the availability of methanogenic
      substrates. The recently discovered Methanoplasmatales are
      the seventh order of methanogenic euryarchaeota comprising
      methylotrophic lineages which colonizes higher termite guts
      and various other environments, and helps to explain the high
      methane emission rates in higher termites. The methylotrophic
      nature of termite-derived lineage demonstrates that
      substrates other than hydrogen drive methanogenesis in higher
      termites.
description: Höhere Termiten emittieren größere
      Mengen an Methan als niedere Termiten, die Ursache für dieses
      Phänomen ist jedoch noch unklar. Unsere Vergleichsstudie
      zeigte, basierend auf der Sequenzierungen des 16S-rRNA-Gens
      und qPCR-Analysen von archeallen Gemeinschaften im
      Verdauungstrakt höherer Termiten, dass im Gegensatz zu den
      niederen Termiten, welche in ihrem Verdauungstrakt
      hauptsächlich Methanobacteriales beherbergen, der Darm von
      höheren Termiten durch eine größere Diversität von
      methanogenen Euryarchaeota besiedelt ist, die durch
      Vertretern von folgenden vier Ordnungen dominiert wird:
      Methanobacteriales, Methanosarcinales, Methanomicrobiales,
      sowie die kürzlich entdeckten Methanoplasmatales. Die
      16S-rRNA-basierte Diversität von Archaeen war in
      Humus-fressenden Taxa am höchsten, hier waren fast alle
      archaellen Hauptgruppen vertreten. Neben den
      euryarchaeotischen Abstammungslinien beinhaltete der Darm
      auch nahe Verwandte der Ammonium-oxidierenden Thaumarchaeota,
      sowie eine weit verzweigte, Termiten-spezifische Gruppe
      bisher unkultivierter, entfernt mit Crenarchaeota verwandter
      Archaeen. Die archaeelle Diversität in den
      Pilz-kultivierenden Macrotermes sp., den Gras-fressenden
      Trinervitermes sp. und den Holz-fressenden Microcerotermes
      sp., welche eine niedrigere Methanemissionsraten aufweisen,
      war deutlich geringer. Die hohe Diversität, Dichte und
      komplexe Gemeinschaftsstruktur der Archaeen im Termitendarm
      spiegelt die hohen Methan-Emissionsraten in den höheren
      Termiten wider. Höhere Termiten beherbergen Darm-spezifische
      archaelle Gemeinschaften, die sich von denen in niederen
      Termiten und anderen Ökosystemen unterscheiden; diese
      Gemeinschaften scheinen mit der Wirts-Termite co-evolviert zu
      sein, abhängig von einem veränderten Fressverhalten. Höhere
      Termiten besitzen Abstammungslinien von Archaeen, die
      spezifisch für ihr Darm-Milieu sind, und sich von denen von
      niederen Termiten und anderen Milieus unterscheiden.
      Methanogene Archaeen sind in dem stark unterteilten Darm
      unterschiedlich verteilt. Dichte und Diversität der Archaeen
      war in den hinteren Darmabschnitten am höchsten, hier war
      auch die höchste methanogene Aktivität zu verzeichnen. Die
      stark alkalischen vorderen Darmabschnitte waren vor allem von
      Methanosarcinales besiedelt. Die archaeelle
      Gemeinschaftsstruktur unterschied sich sehr deutlich zwischen
      den einzelnen Darmabschnitten. Hierbei unterschieden sich die
      Gemeinschaften in den stärker methanogenen hinteren
      Abschnitten deutlich von denen der vorderen Abschnitte. Ein
      Phänomen welches die verschiedenen Mikro-Umwelt-Bedingungen
      der Darmabschnitte reflektiert. Experimentelle Stimulation
      der Methanogenese in isolierten Darmbereichen von
      Humus-fressenden Termiten zeigte signifikante Aktivitäten von
      hydrogenotrophen Methanogenen, welche Methanol und Formiat
      abhängig sind. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die
      Gemeinschaftsstruktur in den verschiedenen Mikrohabitaten von
      exogenen Faktoren wie pH, Sauerstoffversorgung und der
      Versorgung mit methanogenen Substraten abhängt. Die kürzlich
      entdeckten Methanoplasmatales stellen die siebte Ordnung von
      methanogenen Euryarchaeota dar. Alle bisher charakterisierten
      Vertreter dieser Abstammungslinie wachsen methylotroph und
      kolonisieren den Darm höherer Termiten, sowie verschiedener
      anderer Umgebungen. Dies demonstriert, dass höhere Termiten
      eine diverse Sammlung von Methanogenen beherbergen. Der
      methylotrophe Charakter der aus Termiten angereicherten Linie
      dieser Gruppe zeigt, dass die Methanogenese in Termiten neben
      Wasserstoff auch durch andere Substrate gefördert
      wird.