Universität Tübingen
Unravelling plant-microbe-microbe dynamics using Arabidopsis thaliana and synthetic communities of Pseudomonas
Abstract
Organismen befinden sich in ständiger Wechselwirkung und beeinflussen sich gegenseitig, im Zuge ihres eigenen Lebenszyklusses und im Zusammenhang von evolutionären Aspekten. Die Beziehung zwischen Wirt und seinem darauf lebenden Mikroben kann spontane und langfristige Wirkungen auf die Gesundheits des Wirtes haben. Ob die kolonisierten Mikroben gute oder schlechte Einwirkungen auf den Wirt haben, hängt mit den Wechselwirkungen der Mikroben zusammen. Überstimulation von pathogenen Mikroben wirken sich negativ auf die Gesundheit des Wirtes aus. Wohingegen schützende Mikroben eine schützende Wirkung auf den Wirt ausüben können, indem sie das Wachstum von Pathogenen hemmen. Zusammen mit dem Immunsystem des Wirtes und der komplexen Dynamik von Mikrob-Mikrob Interaktionen entsteht ein Fitness Gleichgewicht zwischen dem Wirt und seinen Mikroben. Der Fokus hier liegt auf der Dynamik zwischen Pflanzen und seinen Mikroben. Phytopathogene schädigen die globale Produktion von Nutzpflanzen, dennoch ist es unklar, wie natürliche Umgebungen diese abwehren. Diese Thesis, befasst sich mit den Interaktionen zwischen Wirt-Mikrob-Mikrob an Arabidopsis thaliana und seinen assoziierenden Pseudomonas Genus, genauer eine Kollektion von 1.524 Pseudomonas Spezien die auf derselben Pflanze sowie von derselben geografischen Region isoliert wurden. Das erste Kapitel umfasst die synergistischen Interaktionen zwischen unterschiedlichen zusammenlebenden pathogenen und kommensalen Pseudomonas Spezien, die auf unterschiedlichen Arabidopsis thaliana Linien vorkommen. Die synthetischen Gesellschaften wurden basierend auf ihr Genom mit unterschiedlichen Barcoden markiert, dadurch konnte ich die Fülle der individuellen Isolaten im Bezug auf die Gesellschaften analysieren. Aufgebaut waren die Gesellschaften in nur kommensal, nur Pathogenen und gemischen kommensal und pathogenen Gesellschaften. Die Einführung von kommensalen Mikroben hemmen die pathogenen Mikroben und können dadurch die pflanzliche Biomasse schützen. Diese Pflanzen schützenden Wirkungen wurden wurde weiter untersucht mit zwischen bakteriellen Interaktionen und dem Wirts Transkriptom. Daraus schloss ich, dass der Pflanzenschutz sich unterscheidet zwischen den unterschiedlichen Pflanzen Genotypen. Dies bedeutet, dass der Wirt unterschiedliche schützende Interaktionen einhergeht. Zu guter letzt, beobachtete ich, die aehnliche Genotyp spezifischen Effekte auf der mikrobiellen Seite: wie ein einzelnes pathogenes Pseudomonas Isolat verschiedene schützende Effekte hervorrufen kann. Im zweiten Kapitel, wurden die schützenden kommensalen Pseudomonas Isolate genauer untersucht auf (I) ihre Häufigkeit, (II) die spezifischen Taxa, und (III) die bakteriellen Elemente. Dafür wurden verschiedene systematische Co-infektionen von jedem 99 lokal isolierten kommensalen und pathogenen Pseudomonas Isolate miteinander zusammengestellt. Die Mehrheit von diesen wilden kommensalen Pseudomonas Isolaten schützen die Pflanzen zu einem gewissen Masse. Besonders auffallend war eine spezifische taxonomische Gruppe, die jedoch Variationen aufzeigte von ihrer schützenden Wirkung mit sehr nah verwandten Spezien, selbst wenn sie in derselben Gruppe auftauchten. Eine Genomweite-assoziation Studie (GWAS) zeigte, dass schützende Wirkung zurückzuführen ist zu einem taxon-spezifischen Gen Sets, die innerhalb einer orthologen Gruppe liegen. Diese Sets sind ein Indiz für die unterschiedlichen Mechanismen die zum Pflanzenschutz führen. Laut den Gen Beschreibungen, sind die Gensets relevant für unterschiedliche Schutzfunktionen, wie die Aufnahme von Eisen, Antibiose, und Motilität. Verschiedene Gendeletionen bestätigen die Konnektivität zwischen Pflanzenschutz und drei Genen die relevant sind für die Aufnahme von Eisen und eins dass zur Bildung von Biofilm beiträgt. Zusammenfassend, diese Arbeit erweitert unser Wissen wie genetische Diversität einen Effekt hat auf mikrobielle und pflanzliche Ebene, im Sinne von unterschiedlichen Interaktionen und somit wurde einen weiteren Aspekt in diesem komplexen System entschlüsselt. Eine der Hauptaussage dieser Arbeit ist, dass kommensale Bakterien einen entscheidenden Faktor zum Pflanzenschutz beitragen, durch die wett kämpferischen Interaktionen zwischen den Mikroben und durch die Aktivierung des Immunsystems vom Wirt. Die Anwendung von kommensalen Mikroben um Pathogene zu kontrollieren kann die Nachhaltigkeit der globalen Landwirtschaft stärken.
Author and committee
dc:creator, dc:contributor.*- Author
-
- Shalev Skriptchak, Or
Identifiers
dc:identifier.*- Identifier
- hdl:10900/119097