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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001241-9

A molecular approach to characterize the arbuscular mycorrhizal fungus, Glomus sp. AMykor isolate

  • The arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) interaction with plants has a major impact on the soil ecosystem. However, so far, only a few studies on AMF genetics have been performed and molecular information on the genetic diversity of AMF is limited. In this study a fundamental genetic characterization of the industrial isolate, Glomus sp. AMykor (AMykor GmbH, Bitterfeld, Germany) has been undertaken to increase the understanding of AMF genetic diversity. Based on phylogenetic analysis of partial rDNA sequences, Glomus sp. AMykor isolate was proposed to belong to the G. irregulare species together with the reference isolate, DAOM197198. To investigate if both isolates differ in their ploidy level, fluorescence in situ hybridization (FISH) was performed and mainly one or two hybridization signals per nucleus were observed in both isolates. It is suggested that they harbour at least two major rDNA sites and possibly two minor sites. The DNA content was estimated by means of flow cytometry (FC) and confirmed by Feulgen densitometry (FD). The calculated average DNA content per nucleus is 153.0 ± 3.6 Mb for the G. irregulare AMykor isolate and 154.8 ± 6.2 Mb for the DAOM197198 isolate. Since there are plenty criticisms coming recently of using rDNA sequence for fungal barcoding there is necessity of development other system for the identification to species level of Glomeromycotan fungi. The focus of this part of the study was the GiFRD gene encoding fumarate reductase enzyme for use as a potential candidate for AMP species determination. Unfortunately, observed sequence variations do not allow the discrimination of Glomeromycotan species. However, further analysis of enzyme encoded by GiFRD showed a possible role of fumarate reductase in AMF redox balance maintaining under oxygen deficient conditions. Using a yeast expression system, it has been demonstrated that the protein encoded by GiFRD has fumarate reductase activity. The functional expression of GiFRD in the S. cerevisiae fumarate reductase deletion mutant restored the ability of growth under anaerobiosis which indicated that Gifrdp is able to functionally complement the S. cerevisiae missing genes. The fact that GiFRD expression was present only in the asymbiotic stage confirmed existence of at least one metabolic pathway involved in anaerobic metabolism and suggested that AMF behave as a facultative anaerobe in asymbiotic stage.
  • Die Wechselwirkungen von arbuskulären Mykorrhizapilzen (AMPs) mit Pflanzen haben einen starken Einfluss auf das Bodenökosystem. Trotz ihrer Bedeutung gibt es vor allem für die Landwirtschaft bisher nur wenige Studien über genetische Prozesse bei AMPs und ihre genetischen Diversität. In der vorliegenden Arbeit wurde am Beispiel des AMP-Isolates Glomus sp. AMykor eine grundlegende genetische Charakterisierung vorgenommen, um den genetischen Hintergrund dieses Pilzes aufzuklären. Basierend auf der phylogenetischen Analyse partieller rDNA-Sequenzen wurde Glomus sp. AMykor analog zum Referenzstamm DAOM197198 der Art G. irregulare zugeordnet. Zur Analyse des Ploidiegrades beider Stämme über rDNA-Hybridisierung wurde die Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) genutzt. In beiden AMP-Stämmen konnten pro Zellkern ein bis zwei intensive Hybridisierungssignale und teilweise zwei weitere mit geringer Intensität detektiert werden. Damit ist die rDNA beider AMPs mindestens an zwei bevorzugten Orten innerhalb des Zellkernes nachweisbar. Der DNA-Gehalt der beiden zu analysierenden AMPs wurde mittels Durchflusszytometrie (FC) bestimmt und durch Feulgen Densitometrie (FD) bestätigt. Er betrug pro Zellkern 153.0 ± 3.6 Mb bei G. irregulare AMykor und 154.8 ± 6.2 Mb für den Referenzstamm DAOM197198. Da vor allem in den letzten Jahren Kritik an der Verwendung von rDNA Sequenzen zur Bestimmung von pilzlichen Barcodes aufkam, sind neue Systeme zur Identifizierung der Arten von Glomeromycotapilzen zu etablieren. Aus diesem Grund wurde die Eignung von Fumaratreduktase (GiFRD) als Kandidatengen zur taxonomischen Klassifizierung der AMPs geprüft. In diesem Zusammenhang wurde das GiFRD-Gen isoliert und das kodierte Enzym charakterisiert. Basierend auf der hohen Identität der Gensequenz zu FRD-Genen anderer AMPs, war das aus G. irregulare AMykor isolierte GiFRD-Gen nicht zur taxonomischen Klassifizierung von Glomeromycota-Arten geeignet. Biochemische Analysen des von GiFRD kodierten Enzyms, belegten dessen Rolle im AMP zur Aufrechterhaltung der Redox-Balance unter Sauerstoff-limitierenden Bedingungen. Das durch GiFRD kodierte Protein zeigte auch im Hefesystem Fumaratreduktaseaktivität. Die Komplementierung einer S. cerevisiae Fumaratreduktasemutante mit deletierten OSM1- und FRDS1-Genen belegte, dass Gifrdp die Aktivität der beiden fehlenden Enzyme komplementieren kann. So sind die Hefen mit GiFRD-Gen auch zum Wachstum unter anaeroben Bedingungen befähigt. Das Auftreten der GiFRD-Expression nur im asymbiotischen Stadium von G. irregulare AMykor bestätigte außerdem die Existenz mindestens eines im anaeroben Metabolismus involvierten Stoffwechselweges, was auf ein fakultativ anaerobes Verhalten des Pilzes in diesem Stadium deutet.

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Metadaten
Author: Kinga Anna Sedzielewska
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001241-9
Title Additional (German):Molekulare Charakterisierung eines arbuskulären Mykorrhizapilz-Isolates Glomus sp. AMykor
Advisor:Prof. Dr. Gotthard Kunze, Rüdiger Bode, Prof. Dr. Rüdiger Kunze
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2012/05/29
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2012/04/27
Release Date:2012/05/29
Tag:Glomus irregulare, arbuscular mycorrhizal fungi, fumarate reductase, genome size, phylogeny
Glomus irregulare, arbuscular mycorrhizal fungi, fumarate reductase, genome size, phylogeny
GND Keyword:Glomus irregulare, arbuscular mycorrhizal fungi, fumarate reductase, genome size, phylogeny
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Mikrobiologie - Abteilung für Genetik & Biochemie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie