Genetische Populationsstrukturen und Biogeographie des Cyanobakteriums Microcoleus chthonoplastes

Lodders, Nicole

In dieser Arbeit wurden die genetische und geographische Diversität sowie das mögliche Vorkommen von Rekombination (der Austausch genetischen Materials zwischen den Individuen) innerhalb und zwischen Populationen des benthisch-marinen, weltweit vorkommenden Cyanobakterium Microcoleus chthonoplastes untersucht. Zu diesem Zweck wurden die Nukleotidsequenzen dreier Genloci (rDNA-ITS Region, kaiC, petB/D) für 310 Proben, die aus verschiedenen Regionen der Erde stammten, analysiert. Neben der Verwendung von Kulturen wurde ein kulturunabhängiger Ansatz entwickelt, mit dem einzelne Filamente direkt amplifiziert und sequenziert werden konnten. Es konnte festgestellt werden, dass Microcoleus chthonoplastes eine hohe, vormals unentdeckte, innerartliche Variabilität auf genetischer Ebene aufweist. Das wurde besonders beim Vergleich der ITS-Region und der Haushaltsgene deutlich. Phylogenetische Bäume, die auf der Grundlage der Nukleotidsequenzen erstellt wurden, ließen bis auf wenige Ausnahmen eine Gruppierung der Organismen hinsichtlich ihrer geographischen Lage auf globaler Ebene erkennen. Auf kleinräumigerer Ebene (z.B. beim Vergleich von Proben aus der Nordsee- und Ostseeregion) konnte dagegen keine Gruppierung hinsichtlich des Herkunftsortes erkannt werden. Im Gegensatz dazu konnte an einzelnen Standorten eine hohe genetische Diversität entdeckt werden. Beim Vergleich entlang eines ökologischen Gradienten, in diesem Fall entlang eines Salinitätsgradienten, konnte eine Anordnung der Proben in Abhängigkeit von der Salinität des Standortes beobachtet werden. Rekombination wurde für M. chthonoplastes in einzelnen geographischen Regionen festgestellt. Untersuchungen von 133 Proben aus der Nordsee- und Ostseeregion ließen auf das häufige Vorkommen von Rekombination schließen.

The goal of this project was to gain insight into the genetic diversity and biogeography within and between populations of the marine cyanobacterium Microcoleus chthonoplastes, which can be found in microbial mats worldwide. Additionally, the presence of recombination (that is, the exchange of genetic material between two individuals) within this species was investigated. I analysed the nucleotide sequences from three gene loci (rDNA-ITS region, kaiC, petB/D) for 310 samples. The samples originated from several locations worldwide. Next to analysing cultures, a culture independent method was developed for amplifying and sequencing single filaments directly without the need of growing cultures first. A high, previously undetected sequence diversity could be found within Microcoleus chthonoplastes. Especially the ITS region and the housekeeping genes showed a high resolution on the level of nucleotide sequences. The comparison of phylogenetic trees for the three genes showed that the samples clustered with regard to their geographic origin on a global level. Within single regions, eg. the North Sea and Baltic Sea region, the clustering of the samples seemed not to correlate with the sampling locations. On the other hand, a high genetic diversity within single locations could be detected. Comparing the genetic diversity along a salinity gradient it could be observed that the samples were distributed along the gradient in dependence of the salinity. Frequent recombination could be detected for 133 filaments and cultures sampled from intertidal sand flats of the North Sea and Baltic Sea.

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Lodders, Nicole: Genetische Populationsstrukturen und Biogeographie des Cyanobakteriums Microcoleus chthonoplastes. 2006.

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