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Assessment of the functional diversity of soil microbial communities in the German Biodiversity Exploratories by metagenomics

dc.contributor.advisorDaniel, Rolf PD Dr.de
dc.contributor.authorWill, Christianede
dc.date.accessioned2012-04-16T14:54:41Zde
dc.date.available2013-01-30T23:50:31Zde
dc.date.issued2011-04-18de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-AE01-2de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-451
dc.description.abstractIn Bezug auf die Größe der bakteriellen Gemeinschaft und ihre Artenvielfalt ist der Boden eines der komplexesten Habitate der Welt. Daher ist eine Erschließung der bakteriellen Gemeinschaft im Boden eine große Herausforderung. Darüber hinaus beherbergen Bodenmikroorganismen ein größtenteils unangetastetes biotechnologisches Potential. Die vorliegende Dissertation behandelt die metagenomische Analyse von Bodenproben aus den drei Deutschen Biodiversitäts-Exploratorien, dem Hainich, der Schwäbischen Alb und der Schorfheide. Für die nachfolgenden Analysen wurde metagenomische DNA isoliert. Phylogenetische Analysen der bakteriellen Bodengemeinschaften wurden mit Grünlandproben aus dem Hainich (Ober- und Unterboden) und Grünland- und Waldproben der Schwäbischen Alb durchgeführt. Das partielle 16S rRNA Gen wurde amplifiziert und anschließend sequenziert. Letzteres ergab insgesamt 1,35 Millionen qualitativ hochwertige Sequenzen. Die relative Häufigkeit mehrerer taxonomischer Gruppen wie den Actinobacteria, Alphaproteobacteria, Cyanobacteria, und Firmicutes änderte sich signifikant zwischen den Ober- und Unterbodenproben sowie zwischen Oberbodenproben von Wald und Grünland. Eine höhere bakterielle Diversität in Oberboden im Gegensatz zum Unterboden wurde auf Phylum- und Artebene bestimmt. Eine höhere bakterielle Diversität im Grünland als im Wald wurde auf Artebene ermittelt. Innerhalb der Waldproben beeinflusste die Baumart die Diversität der Bodenbakterien. Korrelationsanalysen zwischen der Häufigkeit bestimmter phylogenetischer Gruppen und geochemischen Bodencharakteristika zeigte einen starken Einfluss des pH-Wertes auf die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft bei Proben mit einem breiten pH-Spektrum. Bei nahezu pH-neutralen Bodenproben war der Gehalt an organischem Kohlenstoff die Haupteinflussgröße auf die Struktur der bakteriellen Gemeinschaft. Darüber hinaus wurde die Umwelt-DNA aller drei Exploratorien für die Konstruktion 14 metagenomischer Plasmid- und 7 Fosmidgenbanken eingesetzt. Die Plasmidbanken umfassten ca. 40.000 bis 511.000 Klone mit Insertgrößen von 3 bis 9 kb und die Fosmidbanken 4.600 bis 300.000 Klone mit 19 bis 30 kb Inserts. Anschließend wurden die Banken partiell auf lipolytische Enzyme durchmustert. Es wurden 37 unterschiedliche Klone mit Esteraseaktivität gefunden und die Inserts wurden sequenziert und analysiert. Die meisten der abgeleiteten Enzyme repräsentierten neue Mitglieder von bekannten Lipase-/Esterasefamilien. Die Mehrheit wurde in Familie IV eingegliedert, aber es wurden auch Mitglieder der Familien I (echte Lipasen), V, VI, VIII und zwei mutmaßlich neue Familien entdeckt.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de
dc.titleAssessment of the functional diversity of soil microbial communities in the German Biodiversity Exploratories by metagenomicsde
dc.typecumulativeThesisde
dc.title.translatedErschließung der funktionellen Diversität mikrobieller Bodengemeinschaften in den deutschen Biodiversitäts-Exploratorien durch Metagenomikde
dc.contributor.refereeDaniel, Rolf PD Dr.de
dc.date.examination2011-01-28de
dc.subject.dnb570 Biowissenschaften, Biologiede
dc.description.abstractengSoil is the most complex microbial habitat on Earth with respect to bacterial species diversity and community size. Therefore, assessing the bacterial community composition in soil is a considerable challenge. Furthermore, soil-born micro-organisms harbor a largely untapped biotechnological potential. The present thesis focused on the metagenomic analysis of soil samples from the three German Biodiversity Exploratories, the Hainich region, the Schwäbische Alb, and the Schorfheide. Whole metagenomic DNA was isolated for the subsequent analyses. Phylogenetic analysis of microbial soil community compositions was performed using grassland samples from the Hainich (topsoil and subsoil) and grassland and forest samples from the Schwäbische Alb. The partial 16S rRNA gene was amplified prior to pyrosequencing, which yielded a total of 1.35 million high quality sequences. The relative abundances of several taxonomic groups, such as Actinobacteria, Alphaproteobacteria, Cyanobacteria, and Firmicutes changed significantly between topsoil and subsoil grassland samples and between topsoil samples from forest and grassland. A higher bacterial diversity was determined in topsoil than in subsoil on phylum and species level. Furthermore, a higher bacterial diversity was detected in grassland soil than in forest soil on the phylum level. Within the forest samples the tree species affected the soil bacterial community composition. Correlation analyses between abundances of individual phylogenetic groups and geochemical soil characteristics revealed a strong influence of pH on bacterial community compositions for soil samples that cover a broad pH range. At near neutral soil samples the organic carbon content was the major driver of microbial community structure. In addition, the environmental DNA from all three Exploratories was used for the construction of 14 small-insert and seven large-insert metagenomic libraries. The plasmid libraries comprised approximately 40,000 to 511,000 clones with insert sizes of 3 to 9 kb and the fosmid libraries 4,600 to 300,000 clones with inserts of 19 to 30 kb. Subsequently, the libraries were partially subjected to functional screening for lipolytic enzymes. Thirty-seven unique clones with esterase activity have been recovered and the inserts have been sequenced and analyzed. Most of the deduced enzymes represent new members of known lipase/esterase families. The majority was assigned to family IV but also members of the families I (true lipases), V, VI, VIII, and two presumably new families have been detected.de
dc.contributor.coRefereeHoppert, Michael PD Dr.de
dc.subject.topicBiology (incl. Psychology)de
dc.subject.gerBodende
dc.subject.gerMetagenomikde
dc.subject.germetagenomische Genbibliothekende
dc.subject.gerPyrosequenzierungde
dc.subject.gerphylogenetische Diversitätde
dc.subject.engSoilde
dc.subject.engmetagenomicsde
dc.subject.engmetagenomic librariesde
dc.subject.engpyrosequencingde
dc.subject.engphylogenetic diversityde
dc.subject.bk42.3de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2927-9de
dc.identifier.purlwebdoc-2927de
dc.affiliation.instituteBiologische Fakultät inkl. Psychologiede
dc.subject.gokfullWUV 000: Angewandte Mikrobiologiede
dc.subject.gokfullWUK 000: Genetik der Mikroorganismen, Molekularbiologie der Mikrorganismen {Mikrobiologie}de
dc.identifier.ppn661861554de


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