Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate...

36
1 Poster Abstracts

Transcript of Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate...

Page 1: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

       

Poster Abstracts    

Page 2: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

 Poster group 1 (PG1): Humans ‐ Animals 

 PG1/1 Combined approach to improve the genetic accessibility of Bifidobacterium bifidum V.F. Brancaccio, E. Kashani, D. Zhurina, C.U. Riedel  PG1/2 Adhesion of B. bifidum to intestinal epithelial cells is mediated by proteinaceous cell wall components Marita Gleinser and Christian U. Riedel  PG1/3 Treatment with a B. bifidum strain ameliorates colitis in the in Rag1‐/‐ transfer model Julia Preising, Jan‐Hendrik Niess, Christian U. Riedel  PG1/4  HYDRA – A COMMUNITY AFFAIR S. Fraune and T.C.G. Bosch  PG1/5 Dynamic  regulation  of  N‐acyl‐homoserine  lactone  production  and  degradation  in Pseudomonas putida IsoF Michael  Rothballer,  Agnes  Fekete,  Christina  Kuttler,  Doreen  Fischer,  Katharina  Buddrus‐Schiemann, Burkhard A. Hense, Marianna Lucio, Johannes Müller, Philippe Schmitt‐Kopplin and Anton Hartmann  PG1/6 Magnetic Nanoparticles as Extraction Method to Analyse Homoserine Lactones by Ultra‐Performance Liquid Chromatography (UPLC) Juliano R. Fonseca, Agnes Fekete, Philippe Schmitt‐Kopplin   

Page 3: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

 Poster group 2 (PG2): 

Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate  PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont Martin Kaltenpoth, Wolfgang Goettler, Sabrina Köhler, Erhard Strohm  PG2/2 Exploring  prokaryotic‐microfauna  interactions:  a  case  study  on  the  polyextremophile microfauan species Tardigrada N. M. Lee, I. Jansson, O. Braissant, U. Baumann, Beiying Dai, P. Rettberg, G. Horneck  PG2/3 INVESTIGATING  THE  DIVERSITY  AND  ECOLOGY  OF  EPIBIOTIC  BACTERIA  ON  FRASASSI CAVE‐DWELLING AMPHIPODS: MOLECULAR EVIDENCE FOR HOST‐SYMBIONT SPECIFICITY Jan Bauermeister, Jean‐François Flot, Sharmishtha Dattagupta   PG2/4 WHOLE GENOME AMPLIFICATION OF A SINGLE PORIBACTERIAL CELL:  INSIGHTS  INTO THE GENOME OF A MARINE SPONGE SYMBIONT Alexander Siegl and Ute Hentschel  

Poster group 3 (PG3): Plant ‐ Soil 

 PG3/1 Root colonization by Pseudomonas sp. DSMZ 13134 and effect as biological plant growth stimulant in barley Katharina Buddrus‐Schiemann, Michael Schmid, Anton Hartmann  PG3/2 UPTAKE AND TRANSPORT OF N‐ACETYL‐HOMOSERINE LACTONES IN BARLEY Tina Riedel, Sandor Forczek, Miroslav Matucha, Peter Schröder  PG3/3 Evidence for a plant associated natural habitat of Cronobacter spp. Michael Schmid, C. Iversen, I. Gontia, R. Stephan, A. Hofmann, A. Hartmann, B. Jha, L. Eberl, K. Riedel, A. Lehner  PG3/4 HALOTOLERANT PGPR FROM  SALICORNIA BRACHIATA, AN EXTREME HALOPHYTE Iti Gontia, Bhavanath Jha, Michael Schmid, and Anton Hartmann 

 

Page 4: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

PG3/5 TRANSCRIPTIONAL RESPONSES OF BRADYRHIZOBIUM  JAPONICUM TO ENVIRONMENTAL CHANGES Kathrin Lang, Mandy Wenzel, Gabriella Pessi, and Michael Göttfert  PG3/6 SALIX  CAPREA  RHIZOBACTERIA  AND  ENDOPHYTES  WITH  POTENTIAL  TO  ENHANCE EFFECTIVENESS OF HEAVY METAL PHYTOEXTRACTION FROM SOIL K. Fallmann, M. Kuffner, M. Puschenreiter, G. Wieshammer, S. dos Reis and A. Sessitsch  PG3/7 3‐Methylarginine,  a  toxin  from  the  symbiotic  epiphyte  Pseudomonas  syringae  pv. syringae 22d/93 Janine Hofmann, Sascha D. Braun, Beate Völksch, and Dieter Spiteller  PG3/8 STRUCTURE AND FUNCTION OF POTATO ASSOCIATED MICRORGANISMS IN THE CENTRAL ANDEAN HIGHLANDS Stefan Pfeiffer, Branislav Nikolic and Angela Sessitsch  PG3/9 Microbial Endophytes From Warburgia ugandensis ‐  Diversity and Effects on Host Drimane Sesquiterpenes Birgit Mitter, Sigrid Drage, Christina Tröls, Franz Hadacek, Alice Muchugi, Ramni Jamnadass and Angela Sessitsch  

PG3/10 EFFECTS  OF  TRANSGENIC  MAIZE  ON  BENEFICIAL  PLANT‐MICROBE‐INTERACTIONS  AND SOIL NITROGEN CYCLING Michaela Prischl, Evelyn Hackl and Angela Sessitsch  PG3/11 Risks and Recommendations Regarding Human Pathogens in Organic Vegetable Production Chains (PATHORGANIC) Fenzl C, Hackl E, Brankatschk K, Jäderlund L, Jensen A., Hofmann A., Rinnofner T., Koller M., Friedel J.,  Duffy B, Arthurson V., Wyss G., Schmid M., Baggesen D. and Sessitsch, A.  PG3/12 METAGENOMIC  ANALYSIS  OF  1‐AMINOCYCLOPROPANE‐1‐CARBOXYlATE  (ACC) DEAMINASE GENES AMONG POTATO ENDOPHYTES Branislav Nikolic, Helmut Schwab, Angela Sessitsch  PG3/13 HYDROCARBON  DEGRADATION  AND  PLANT  COLONIZATION  OF  SELECTED  BACTERIAL STRAINS ISOLATED FROM ITALIAN RYEGRASS AND BIRDSFOOT TREFOIL Sohail  Yousaf,  Katrin  Ripka,  Verania  Andria,  Thomas  Reichenauer, Muhammad  Afzal  and Angela Sessitsch  

Page 5: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

 Poster group 4 (PG4): 

Plant ‐ Soil; Water ‐ Waste  PG4/1 DNA BARCODING AND SEQUENCE BASED  IN‐FIELD SPECIES DETECTION OF ARBUSCULAR MYCORRHIZAL FUNGI Manuela Krüger, Herbert Stockinger, Arthur Schüßler  PG4/2 MOLECULAR SIGNALLING  IN THE TRIPARTITE SYMBIOSIS OF PIRIFORMOSPORA  INDICA – RHIZOBIUM RADIOBACTER‐BARLEY Li, D., Sharma, M., Zuccaro, A., Fekete, A., Schmid, M., Rothballer, M., Schmitt‐Kopplin, P., Kogel, K.‐H., and Anton Hartmann  PG4/3 Symbiotic based cultivation for  improved cultivation strategy of novel species within the phylum Chloroflexi N. M. Lee; D. B. Meisinger, K. M. Ritalahti, S. Spring, M. Schmid, F. E. Löffler  PG4/4 BIOLOGICAL ROLE OF SECONDARY METABOLITES FROM MARINE MICROORGANISMS Heike I. Baumann, Jutta Wiese, Andrea Gärtner, Franz Goecke, Herwig Heindl, Inga Kajahn, Katrin  Kleinschmidt,  Antje  Labes,  Kerstin  Nagel,  Sven  Neulinger,  Birgit  Ohlendorf,  Rolf Schmaljohann, Imke Schneemann, Dirk Schulz, Tim Staufenberger, Rüdiger Stöhr, Vera Thiel, Heidi Zinecker and Johannes F. Imhoff  PG4/5 MOLECULAR  AND  PHYSIOLOGICAL  CHARACTERIZATION  OF  THE  CLOSE  BACTERIAL SYMBIOSIS IN PHOTOTOPHIC CONSORTIA Johannes Müller,  Roland Wenter,  Dörte  Dibbern,  Veronika  Reisinger, Matthias  Plöscher, Lutz Eichacker and Jörg Overmann  PG4/6 ECOPHYSIOLOGY  AND  CELL‐CELL‐INTERACTION  OF  A  NOVEL  MULTICELLULAR MAGNETOTACTIC PROKARYOTE FROM NORTH SEA SEDIMENTS Roland Wenter, Gerhard Wanner, Dirk Schüler and Jörg Overmann  PG4/7 A  ROLE  FOR  OLIGOCHAETE‐ENDOSYMBIOTIC  MICROBES  IN  SULPHUR‐CYCLING  IN CONTAMINATED AQUIFERS? Giovanni Pilloni, Tanja Riedel, Kathrin Euringer, Claudia Kellermann and Tillmann Lueders  PG4/8 Homogeneous  inoculation  vs.  microbial  hot  spots  of  isolated  strain  and  microbial community: What is the most promising approach in remediating soils contaminated with organic chemicals? A. Krug, F. Wang, U. Dörfler, D. Fischer, M. Schmid, J.C. Munch, R. Schroll 

Page 6: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

Poster Abstracts:   

Poster group 1 (PG1): Humans ‐ Animals ‐ Archaea 

   

PG1/1  

Combined approach to improve the genetic accessibility of Bifidobacterium bifidum  

V.F. Brancaccio, E. Kashani, D. Zhurina, C.U. Riedel  

Institute of Microbiology and Biotechnology, University of Ulm  We  recently  demonstrated  the  good  anti‐inflammatory  capacity  of  a  potential  probiotic strain of B. bifidum in the Rag1‐/‐ transfer model of murine colitis. However, studies of this and other probiotic candidate strains of bifidobacteria at the molecular level are limited by the lack of molecular tools and the low transformation efficiency. To  improve  the  genetic  accessibility  of  B.  bifidum,  the  transformation  protocol  was optimized  for  buffer  conditions  and  electrical  pulse  settings  by  transforming  the  E.  coli‐Bifidobacterium shuttle vector pMDY23. To  further  improve the transformation efficiency, the restriction barrier for foreign DNA by restriction‐modification (R‐M) systems should be overcome.   Using  in silico analysis one type I and one type II RM system were predicted  in the  genome  of  our  B.  bifidum  strain.  Their  presence  was  confirmed  by  the  PCR  and Southern Blotting and both  systems were  shown  to be expressed by RT‐PCR. The  type  II methyltransferase was subcloned into pIMK4 vector for IPTG‐inducible overexpression in E. coli Top10. This should allow efficient methylation of any shuttle vectors in this strain prior to  the  transformation  into  B.  bifidum  thereby  circumventing  the  restriction  barrier  to foreign DNA in this species.  

Page 7: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

PG1/2  Adhesion of B. bifidum to intestinal epithelial cells is mediated by proteinaceous cell wall 

components  

Marita Gleinser and Christian U. Riedel  

Institute of Microbiology and Biotechnology, University of Ulm  We analyzed the adhesive structures of a potential probiotic B. bifidum strain that showed excellent adhesion to  IECs  in previous studies as well as potent anti‐inflammatory activity. Clean cell wall, membrane and cytoplasmic  fraction were prepared.  In particular,  the cell wall fraction  inhibited adhesion of whole cells of a B. bifidum strain to differentiated  IECs. To  identify  the chemical nature of  the  structures  responsible  for adhesion, whole cells of our  B.  bifidum  strain  were  treated  with  pronase,  lipase  and  periodate.  After  pronase treatment several bands were absent in the cell wall fraction from bacteria compared to the cell wall fraction from untreated B. bifidum. Furthermore, treatment of a B. bifidum strain with pronase  significantly decreased adhesion  to  IECs whereas  treatment with  lipase and periodate did not have an effect on adhesion. This indicates that proteinaceous cell surface components are involved in adhesion of B. bifidum to IECs. Recently, the cell surface protein BopA was shown to be involved in adhesion of B. bifidum to IECs. BopA was expressed in E. coli  BL21  and  adhesion  assays  were  performed  with  purified  protein.  Additionally,  B. bifidum  strains with  altered expression of BopA will be  generated  to  further  analyse  the impact of BopA on adhesion.  

Page 8: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

PG1/3  

Treatment with a B. bifidum strain ameliorates colitis in the in Rag1‐/‐ transfer model 

 Julia Preising, Jan‐Hendrik Niess, Christian U. Riedel 

 Institute of Microbiology and Biotechnology, University of Ulm 

 Here we  compare  the  anti‐inflammatory  effects  of  a  strain  of  B.  bifidum with  excellent adhesive properties and potent anti‐inflammatory capacity in vitro in the Rag1‐/‐  CD4+ T‐cell transfer  model  of  murine  colitis  to  a  non‐adherent  strain  with  no  anti‐inflammatory capacity.  In  a  placebo‐controlled  set  up  two  groups  of  Rag1‐/‐ mice    (n = 3  per  group) received  one  oral  dose  of  either  the  probiotic  B.  bifidum  or  the  ‘non‐probiotic’  B. longum/infantis strain  (each at 2×109 cfu per animal)  followed by transfer of CD4+ T‐cells. Two control groups received placebo of which one group also was transferred with CD4+ T‐cells to  induce colitis. Feeding with the probiotic and placebo was continued three times a week  until  the  end  of  the  trial when  all  animals were  sacrificed.  The  anti‐inflammatory effect  of  feeding  the  B.  bifidum  strain was  assessed  by measuring weight  and  length  of dissected  colons,  histology  scores  of  colonic  tissue  samples,  and  qRT‐PCR  for  a  pro‐inflammatory cytokine  (interleukin‐6). Treatment with the probiotic significantly  improved colitis as measured by these parameters whereas B. longum/infantis had no effect.  

Page 9: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

PG1/4  

HYDRA – A COMMUNITY AFFAIR  

S. Fraune & T.C.G. Bosch  

Zoological Institute, Christian‐Albrechts‐University Kiel, Germany  

Epithelia  in all animals, which are exposed  to  the environment, are colonized by more or less diverse communities of microbes. Since Hydra is an early‐branching metazoan and has preserved much of the genetic complexity of the common metazoan ancestor it promises to be highly informative to discover evolutionary conserved mechanisms controlling epithelial host‐microbe interactions. We  previously  have  shown  that  the  hydra  epithelium  actively  selects  and  shapes  its microbial  community  indicating  distinct  selective  pressures  imposed  on  and  within  the epithelium. Here,  we  present  two  recent  observations  which  may  have  profound  impact  on understanding  the maintenance of  species‐specific bacterial microbiota with  its hosts.  (i) Hydra in which tissue homeostasis was experimentally disturbed by eliminating distinct cell types  from  the  epithelium  display  significant  differences  in  the  microbial  communities before and after  loss of  cell homeostasis.  (ii)  Intriguingly, overexpression of antimicrobial peptides  in  ectodermal  epithelial  cells  of  polyps  has  drastic  effects  on  the  bacterial community  resulting  in  reduced  bacterial  load  and  changes  in  the  composition  of  the colonizing microbiota.  Together, these insights indicate a link between host tissue and colonizing microbiota, and promise to unveil ancient mechanisms derived from the in vivo context of a whole epithelial organism that control tissue and host‐microbe homeostasis. 

Page 10: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

10 

PG1/5  

Dynamic regulation of N‐acyl‐homoserine lactone production and degradation in Pseudomonas putida IsoF 

 Michael Rothballer3*, Agnes Fekete1*, Christina Kuttler4*, Doreen Fischer3, Katharina 

Buddrus‐Schiemann3, Burkhard A. Hense2, Marianna Lucio1, Johannes Müller4, Philippe Schmitt‐Kopplin1 and Anton Hartmann3 

 Helmholtz Zentrum München, German Research Centre for Environmental Health (GmbH), 1Institute of Ecological Chemistry, 2Institute of Biomathematics and Biometry, 3Department 

of Microbe‐Plant Interactions, Ingolstädter Landstr. 1, D‐85764 Neuherberg/Munich, Germany, 4Technical University Munich, Centre for Mathematical Sciences, Boltzmannstr. 3, 

85748 Garching/Munich, Germany *These authors contributed equally to this work 

 Bacteria  in microcolonies as well as  in biofilms are regularly attached to and  interact with other  organisms,  such  as  plant  roots  or  fungi.  The  N‐acyl‐homoserine  lactone  (AHL) production of  these bacterial assemblages has been  shown  to  influence  the behaviour of the  colonized  organisms  considerably,  which  is  termed  cross‐kingdom  signalling.  For  a better understanding of this interaction and the impact on the host it is necessary to learn more  about  the  time  dependent  quantitative  changes  of  the  AHL  signalling molecules. Therefore,  the  biocontrol  strain  Pseudomonas  putida  IsoF,  which  was  isolated  from  a tomato  rhizosphere  and  is  a  known  AHL‐producer with  only  one  LuxI/LuxR  like  quorum sensing system, was analysed  for  its AHL production  in different growth phases. With  the analytical  tools  of  ultra  performance  liquid  chromatography  and  high  resolution  mass spectrometry it was possible to determine not only the various AHLs synthesized over time but also  their degradation products. 3‐oxo‐decanoyl‐homoserine  lactone was  found  to be the  dominant  AHL which  reached  its maximum  already  in  the  early  logarithmic  growth phase. Although  the pH of  the medium was neutral,  the AHLs were degraded  thereafter rapidly to the corresponding homoserines and other metabolites. The proposed  lactonase gene of P. putida  IsoF  could not be  identified, because  it  is apparently quite different  to hitherto  described  lactonases.  The  analytical  data  were  used  to  calculate  rates  and thresholds of AHL production by mathematical modelling allowing quantitative predictions and further understanding of the quorum sensing based regulations in this bacterium. This study combining microbiological, chemical and mathematical approaches suggests that AHL degradation is an integral part of the whole autoinducer circuit of P. putida IsoF.   

Page 11: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

11 

PG1/6  Magnetic Nanoparticles as Extraction Method to Analyse Homoserine Lactones by Ultra‐

Performance Liquid Chromatography (UPLC)  

Juliano R. Fonseca, Agnes Fekete, Philippe Schmitt‐Kopplin  

Helmholtz Zentrum München, Department of BioGeoChemistry and Analytics, IÖC  

Derivatives  of  N‐acylhomoserine  lactones  (HSLs)  occur  as  quorum  or  diffusion  sensing molecules  in  Gram‐negative  bacteria  and  their  quantitative  chemical  analysis  became important as a possible way to  follow regulation processes of their pathogenicity towards plants, animals and in health.  

N‐acyl‐homoserine lactones consist of a furen‐2‐on group with an acyl chain contain of 4 to 14 (less frequently up to 18) carbons. Unsubstituted HSLs have a LogP between 0.03 for C4‐HSL  to 5.09  for C14‐HSL. HSLs can be  substituted at  the  β‐carbon by a keto‐ or hydroxyl‐function and the fatty acid side chain may be unsaturated. 

Recently, magnetic materials have been developed due  their potential applications  in cell separation, protein  isolation and enzyme  immobilization. With  this  in mind, nanoparticles combining  magnetic  iron  oxide  and  octadecyl‐silica  microspheres  was  prepared  and evaluated as extraction technique. The results show that this material can be used for the isolation of homeserine  lactones  in solution. As expected, significant differences  in respect to adsorption capacity were observed regarding different HSLs chain size.  Using  an UPLC‐UV  system,  it  has  been  possible  to  separate  15  HSLs  in  a  short  time  by reverse phase chromatography (total run time 3.5 min/sample) with RSD of area  less than 10%  and  for  retention  time,  less  than  1%.  Interestingly,  in  the  case  of  oxo‐homoserine lactones, the occurrence of keto‐enol tautomerism was observed and studied as well. The peak shape was influenced by pH where α peak changes from 3 at pH 2 to 1.4 at pH 10.  

 Literature: Fekete, A. et al, Bioanal Chem. 2007, 387, 455–467.      

Page 12: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

12 

 Poster group 2 (PG2): 

Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate    

PG2/1  

Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont  

Martin Kaltenpoth1,2,3, Wolfgang Goettler2, Sabrina Köhler2, Erhard Strohm2  

1Max Planck Institute for Chemical Ecology, Hans‐Knöll‐Str. 8, 07745 Jena, Germany 2University of Regensburg, Department of Zoology, 93040 Regensburg, Germany 

3University of Utah, Department of Human Genetics, 20 South 2030 East, Salt Lake City, UT 84112, USA 

 Insects engage  in mutualistic relationships with a wide variety of microorganisms that are usually  transmitted  vertically  to  the  next  generation.  During  transmission,  the  symbiont populations often suffer significant bottlenecks that may entail major genetic and genomic consequences. Here we  investigated the transmission route and population dynamics of a symbiont with  an  unusual way  of  post‐hatch  vertical  transmission  by  using  quantitative PCRs and morphological 3D‐reconstructions. European beewolves  (Philanthus  triangulum, Hymenoptera:  Crabronidae)  harbor  symbiotic  bacteria  (‘Candidatus  Streptomyces philanthi’) in specialized antennal gland reservoirs and secrete them into their subterranean brood cells. The symbionts are  later  taken up by  the beewolf  larva and  incorporated  into the cocoon material  to provide protection against pathogenic microorganisms. Even after months of hibernation, the symbiont population on the cocoon is estimated to encompass around 1.4x105  cells. However, our  results  indicate  that only  few of  these bacterial  cells (about  9.7x102)  are  taken  up  from  the  cocoon  by  the  emerging  female.  The  symbiont population subsequently undergoes logistic growth within the antennal gland reservoirs and reaches  a  maximum  of  about  1.5x107  cells  three  to  four  days  after  emergence.  The maximum specific growth rate is estimated to be 0.084 to 0.105 h‐1. With a total reduction in  cell  numbers  of  about  6.7x10‐5  during  vertical  transmission,  the  symbiont  population experiences one of  the most severe bottlenecks known  for any symbiotic system  to date, which may have significantly affected the evolution of the beewolf‐Streptomyces symbiosis.  

Page 13: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

13 

PG2/2  

Exploring prokaryotic‐microfauna interactions: a case study on the polyextremophile microfauan species Tardigrada 

 N. M. Lee[1], I. Jansson[2], O. Braissant [3], U. Baumann[1],  Beiying Dai[1], P. Rettberg[4], 

G. Horneck[4]  

[1]Microbiology, Techn. Univ. Mnchen, Freising, Germany [2]Microbiology, Genetics, Toxicology, Stockholm University, Sweden 

[3]Lab. for Biomechanic and Biocalorimetry, University of Basel, Basel, Switzerland [4]DLR, German Aerospace Center, Institute of Space Medicine, Division of Radiation 

biology/Astrobiology, Cologne, Germany  R. Amann  stated  in his well‐cited  review  from 1995  that  "consideration of  symbionts  co‐evolving with arthropods like insects may expand the number of extant bacterial species by several orders of magnitude"  (Microbiol. Rev, 59, 1, 143). Since  this statement, several  interesting discoveries have been made on microorganisms associated with  insects or protozoa. Unfortunately, our knowledge about  the microbiology  of  other  invertebrates  like microscopic metazoa  is  still  extremely  scarce. Here, we present our  first  explorations of  the  role of microorganisms  for  species  from  the poly‐extremophile microscopic metazoan phylum Tardigrada.    Tardigrades  (water bears) are polyextremophilic, cosmopolitan, microscopic eukaroytic metazoans that are able  to survive different  types of extreme conditions,  ranging  from extreme  temperature differences (‐273 to ~100 C), 1,000 times more  ionizing radiation than most other animals such as humans, and complete desiccation for long periods, including space vacuum. Tardigrades are one of the animals on our planet that are capable of reversibly suspending their metabolism and entering into a state of cryptobiosis, where metabolism has been  lowered to  immeasurable  levels at water content below  1 % of  the normal hydration. Due  to  these  traits,  they  belong  to one of  the  few animals on our planet  that can survive some of the extreme conditions  found  in outer space, and may  thus  serve  as  important model organisms  to  explore  survival  capabilities of organisms  from planet  Earth  in  foreign  ecosystems  and  in  outer  space.  Although  the  biology  and  the  survival strategies of tardigrades have been studied in greater detail, our knowledge about the endogenous microbiology  of  tardigrades  and  its  potential  role  for  its  survival  is  rather  scarce.  However, we anticipate that a combined research on the biology  in general and the microbiology of tardigrades may  add  interesting  insights  into  possible  synergistic  survival  strategies  of  tardigrades.  Another intriguing question  to resolve  is  if and which  types of prokaryotes  in  tardigrades shipped  to outer space may  survive,  and  if  synergistic  interactions may  take  place  that will  influence  the  survival possibilities of both tardigrades and the prokaryotes in an alien ecosystem.  In  order  to  trace  such  fascinating,  though  rather  speculative  issues,  several  basic  studies  and method  developments  must  be  performed  so  that  reliable  tools  for  exploring  the  microbial involvement  under  different  conditions  can  be  used  in  these  kinds  of  experiments. We  aim  to compare different analytical and  cultivation  tools  to explore  the microbiological  composition and dynamics  in  tardigrades. Once  these  tools have been optimized,  they will be employed  in model systems with various tardigrade species associated with different types of organisms under different conditions. We predict that this case study on Tardigrada will not only reveal interesting insights into the survival capabilities of Tardigrada under different extreme conditions on our planet Earth as well as  in outer  space,  it will also expand our knowledge about  the microbial diversity of microscopic eukaryotes  since  virtually  no microbiological  research  has  been  undertaken  on  this  category  of animals.  

Page 14: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

14 

PG2/3  

INVESTIGATING THE DIVERSITY AND ECOLOGY OF EPIBIOTIC BACTERIA ON FRASASSI CAVE‐DWELLING AMPHIPODS: MOLECULAR EVIDENCE FOR HOST‐SYMBIONT SPECIFICITY   

Jan Bauermeister *, Jean‐François Flot, Sharmishtha Dattagupta  

 Courant Research Centre Geobiology, Georg‐August‐Universität Göttingen, 37077 

Göttingen, Germany. * Email: [email protected]. Phone: +49 551 3913448. Fax: +49 551 397918. 

 Niphargus  amphipods  endemic  to  the  sulfide‐rich  Frasassi  caves  of  central  Italy  are symbiotic  with  filamentous  chemoautotrophic  Thiothrix  bacteria  growing  on  their exoskeletons.  Recent  molecular  and  morphological  analyses  have  revealed  that  the symbiotic  amphipods,  previously  thought  to  be  one  species,  comprise  instead  of  two distinct  Niphargus  species.  One  species  comprises  active  swimmers,  prevailing  but  not exclusively present in stagnant and deep lakes. The second species predominantly crawls on bacterial biofilms, sediment, and rocks in shallow streams or near cave springs. Automated  Ribosomal  Intergenic  Spacer  Analysis  (ARISA)  was  employed  on  Niphargus individuals from different Frasassi cave sites to assess diversity and distribution patterns of their  associated  bacterial  epibionts.  ARISA  results  suggest  that  the  composition  of  the epibiotic  community  is  not  dependent  on  environmental  conditions  at  the  respective sampling site, but rather correlates with the Niphargus host species. In cave waters where both Niphargus species co‐exist, host behavior and microhabitat preference are presumed to be crucial impediments to interspecies symbiont transference. Future  studies  will  examine  symbiont  diversity  using  other  molecular  fingerprinting techniques to complement our ARISA results, and further  investigate the phylogeny of the Niphargus epibiont community using various bacterial gene sequence markers. Moreover, the installation of aquaria filled with cave sediment and synthetic cave water has enabled us to maintain distinct Niphargus populations  in captivity for the purpose of future  long‐term studies on epibiont function and transmission under controlled conditions.    

Page 15: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

15 

PG2/4  

WHOLE GENOME AMPLIFICATION OF A SINGLE PORIBACTERIAL CELL: INSIGHTS INTO THE GENOME OF A MARINE SPONGE SYMBIONT 

 Alexander Siegl and Ute Hentschel 

 Julius‐von‐Sachs Institute for Biological Sciences, University of Wuerzburg 

 Numerous  marine  sponges  are  permanently  associated  with  phylogenetically  diverse microbial  consortia.  Here we  present  a  single  cell  genomics  approach  for  the  functional characterization  of  the  candidate  phylum  Poribacteria  from  the  Mediterranean  sponge Aplysina  aerophoba.  FACS‐sorted  microbial  cells  were  subjected  to  phi29  polymerase mediated  ‘whole genome amplifications’  (WGAs). The phylogenetic origin of  the amplified genomic DNA was elucidated using 16S rDNA‐PCRs. Amplicons were used for cosmid library construction  and  454‐pyrosequencing.  Genes  associated  with  bacterial  primary  and secondary metabolism were  identified  and  their  origin  unraveled.  Accordingly,  a  specific class  of  polyketide  synthases  (Sup‐PKS) was  affiliated with  the  Poribacteria. Moreover,  a novel non ribosomal peptide synthetase (NRPS) was assigned to a sponge‐specific Chloroflexi clade. Cosmid  clone  sequencing allowed  characterization of  the genomic  context of  these biotechnologically  relevant  genes.  Pyrosequencing  of  a  single  amplified  genome  derived from a member of the Poribacteria resulted  in almost 2 Mb of genomic  information about this  sponge  symbiont.  Computational  data  analysis  provided  first  insights  into  the poribacterial  metabolism  and  traced  common  features  with  its’  sister  phyla.  Single  cell genomics  approaches  such  as  has  been  undertaken  in  this  study  contribute  to  a  better understanding  of  multi‐species  interactions  between  uncultured  bacteria  and  their eukaryotic hosts.  

Page 16: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

16 

 Poster group 3 (PG3): 

Plant ‐ Soil    

PG3/1  Root colonization by Pseudomonas sp. DSMZ 13134 and effect as biological plant growth 

stimulant in barley  

Katharina Buddrus‐Schiemann, Michael Schmid, Anton Hartmann 

 Helmholtz Zentrum München, German Research Center for Environmental Health, 

Department Microbe‐Plant Interactions, Ingolstaedter Landstrasse 1, D‐85764 Neuherberg, Germany 

 Over the last few decades, the ability of rhizosphere bacteria to promote plant growth has been considered  to be of  scientific, ecological and economic  interest. The properties and mechanisms  of  interaction  of  these  root‐colonizing  bacteria  have  been  extensively investigated,  and  plant  protection  agents  that  are  based  on  these  bacterial  strains  have been  developed  for  agricultural  applications.  In  the  present  study,  the  effect  of  the commercially  available  plant  protection  agent  Proradix®,  that  contains  Pseudomonas  sp. DSMZ 13134, was examined. Using the fluorescence in situ hybridization (FISH) method with specific oligonucleotide probes and gfp‐tagging in combination with confocal laser scanning microscopy, an effective colonization of barley roots was demonstrated. We could find the Pseudomonas strain in all parts of the root especially in the root hair zone on the surface of root hairs. Beneficial plant  growth promoting effects  could be  shown  in  greenhouse  and field experiments. We detected higher crop yields up to 19% for barley plants treated with Proradix® in field experiments. The dry weight of shoots and the number of ears were about 44% higher than in the control in greenhouse experiments with light and nutrient stress.  

Page 17: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

17 

PG3/2  

UPTAKE AND TRANSPORT OF N‐ACETYL‐HOMOSERINE LACTONES IN BARLEY  

Tina Riedel1, Sandor Forczek2, Miroslav Matucha2, Peter Schröder1  

1Department Microbe‐Plant‐Interactions, Helmholtz Zentrum Muenchen, Ingolstaedter Landstrasse 1, 85764 Neuherberg, Germany 

2Institute of Experimental Botany, Academy of Sciences of the Czech Republic, Videnska 1083, 14220‐Prague 4, Czech Republic 

 Over the  last two decades  it has become apparent that bacteria are able to communicate with  each  other  via  a  process  named  Quorum  sensing  (QS)  and  thereby  orchestrate bacterial  gene  expression.  QS  is  also  involved  in  mediating  the  interaction  between different  bacterial  species  and  between  bacteria  and  eukaryotic  organisms.  N‐acetyl‐homoserine  lactones  (AHLs)  are  the major  signalling molecules  in  QS  of  Gram‐negative bacteria and it has been shown that these bacterial signalling molecules are able to induce responses in plants including systemic resistance. However transport and translocation into plants remains almost unknown. We used tritium  labelled C8‐and C10‐homoserine  lactone (HSL)  to analyze  the uptake and  translocation  in barley  (Hordeum  vulgare  L.  cv.  “Barke”) plants within  the  first 24h after  treatment as well as  the  inhibition of C8‐HSL  transport  in barley  roots. Additionally we  visualized  the AHL  transport  in  the  central  cylinder  in  cross sections  of maize  roots  via  autoradiography.  Despite  the  fact  that  the majority  of  AHLs remains attached to the outer root surface, the plant reacts to the minute concentrations of AHL incorporated with changes in the activity of detoxification enzymes.   

Page 18: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

18 

PG3/3  

Evidence for a plant associated natural habitat of Cronobacter spp.  

Michael Schmid1, C. Iversen2, I. Gontia3, R. Stephan2, A. Hofmann1, A. Hartmann1, B. Jha3, L. Eberl4, K. Riedel4, A. Lehner2 

 

1 Helmholtz Zentrum München, German Research Center for Environmental Health (GmbH), Department Microbe‐Plant Interactions, Germany 

2 Institute for Food Safety and Hygiene, Vetsuisse Faculty, University of Zurich, Switzerland 3 Discipline of Marine Biotechnology and Ecology, Central Salt & Marine Chemicals Research 

Institute, Gujarat, India 4 Department of Microbiology, Institute of Plant Biology, University of Zurich, Switzerland 

 Background: Members of the genus Cronobacter are responsible for cases of meningitis with high fatality rates in neonates and necrotizing enterocolitis in infants. Some physiological features, such as  the  production  of  a  yellow  pigment,  the  formation  of  a  gum‐like  extracellular polysaccharide as well as the ability to resist desiccation during long dry periods suggest an environmental  origin  for  these  organisms.  However,  to  date,  the  natural  habitat  of Cronobacter spp. is still unknown. Objectives:  Two  Cronobacter  sakazakii  affiliated  isolates  from  plant  roots  should  be  characterized. Furthermore, it was the aim to screen members of the genus Cronobacter from clinical and plant origin upon their root colonization behavior. Methods:  Production of siderophores, IAA production and mineral phosphate solubilizing activity was determined.  The  colonization  behavior  was  analyzed  by  applying  GFP  tagged  strains  or fluorescent  in  situ  hybridization  using  fluorescently  labeled  oligonucleotide  probes  in combination with confocal laser scanning microscopy. Results:  Two bacterial  strains originally  isolated  from plant  roots were designated  as C.  sakazakii strains after comparative sequence analysis of their 16S‐rRNA. All investigated strains show several key features often found in plant‐associated and rhizosphere microorganisms. All of the  strains  solubilized mineral phosphate and produced  IAA. Siderophore production was observed  for  all  except  one  strain.  The  capability  of  the  organisms  to  endophytically colonize  tomato  and maize  root  hairs was  demonstrated  for  several  strains  by  confocal microscopy. Conclusions:   The  results  from our  study provide  strong evidence  that plants are  the natural habitat of Cronobacter spp.  

Page 19: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

19 

PG3/4  

HALOTOLERANT PGPR FROM  SALICORNIA BRACHIATA, AN EXTREME HALOPHYTE  

Iti Gontia1, Bhavanath Jha1, Michael Schmid2, and Anton Hartmann2  

1 Discipline of Marine Biotechnology and Ecology, Central Salt & Marine Chemicals Research Institute (Council of Scientific and Industrial Research), 

G. B. Marg, Bhavnagar‐364002, Gujarat, India 2 Helmholtz Zentrum München, German Research Center for Environmental Health, 

Department Microbe‐Plant Interactions, Ingolstädter Landstrasse 1, 85764 Neuherberg, Germany 

 Thirteen  diazotrophic  (N2  ‐  fixing)  bacteria  were  isolated  from  Salicornia  brachiata,  an extreme halophyte growing in coastal marshes of Gujarat, India. They form growth pellicles in semisolid nitrogen free medium Nfb containing NaCl up to 4%. However,  in NB medium they could grow  in the presence of up to 20% NaCl. The  isolates produce the auxin  indole acetic  acid  (IAA)  and  siderophores,  utilize ACC  as  sole  source  of  nitrogen  and  show ACC deaminase enzyme activity. To demonstrate that the  isolates were diazotrophs, nifH gene was amplified using PolF and PolR primers and the amplification products were sequenced. ACC deaminase gene was also amplified to complement the ACC deaminase enzyme activity of the isolates. Two of the  isolates as well as one diazotrophic PGPR reference strain were used  for  the  inoculation  of  axenically  grown  Salicornia  seedlings  under  different concentration of NaCl (0‐0.5 M) and plant growth promotion was observed. Based on 16S rRNA  gene  homology,  the  isolates  were  identified  as  Pseudomonas  putida,  Rhizobium radiobacter,  Zhihengliuella  spp.,  Mesorhizobium  sp.,  Brachybacterium  sp.  Vibrio aglinolyticus, Brevibacterium casei, Cronobacter sakazakii, Halomonas sp. Out of 13 isolates, three are suggested as new bacterial species.   

Page 20: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

20 

PG3/5  TRANSCRIPTIONAL RESPONSES OF BRADYRHIZOBIUM JAPONICUM TO ENVIRONMENTAL 

CHANGES  

Kathrin Langa, Mandy Wenzela, Gabriella Pessib, and Michael Göttferta  

aInstitute of Genetics, TU Dresden, Dresden; bInstitute of Microbiology, ETHZ, Zürich  In  the  rhizosphere,  rhizobia compete with other bacteria  for  resources. They also have  to withstand changing environmental conditions. Rhizobial strains differ in their ability to cope with  extreme  pH  values,  high  salt  concentrations  or  an  elevated  temperature.  We  are studying the effect of these parameters on the transcriptome of B. japonicum, the symbiont of soybean.  In addition to the mentioned parameters, the transcriptome is also influenced by flavonoids released by the plants. Genistein, a soybean signal, activates the LysR‐type regulator NodD1 and the two‐component regulatory system NodVW. Both systems are required for efficient expression  of  nodulation  genes. Within  the wild  type,  about  100  genes  are  inducible  by genistein. The majority of  these genes  is not preceded by known promoter elements. Our data indicate that genistein has a much broader function than mere induction of nod genes and so far uncharacterised regulators are involved in genistein‐dependent responses.  

Page 21: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

21 

PG3/6  

SALIX CAPREA RHIZOBACTERIA AND ENDOPHYTES WITH POTENTIAL TO ENHANCE EFFECTIVENESS OF HEAVY METAL PHYTOEXTRACTION FROM SOIL 

 K. Fallmann1,2, M. Kuffner1, M. Puschenreiter2, G. Wieshammer2, S. dos Reis2 

and A. Sessitsch1 1AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Bioresources Unit, Seibersdorf, Austria;  

2 University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Vienna, Austria  

Willow  (Salix  caprea)  accumulates  Zn  and  Cd  from  polluted  soils  and  has  application potential  for  inexpensive  in  situ  soil  remediation. To  study  the  role of bacteria  for heavy metal  uptake  by  the  plant,  isolates  were  collected  and  the  phylogenetic  diversity  of culturable rhizobacteria and endophytes was determined. A soil extraction experiment on the effect of culture filtrates of selected bacteria on Zn and Cd mobilization was conducted. A mobilizing strain and one with immobilizing effect were inoculated on S. caprea plantlets to study their influence on heavy metal accumulation. Additionally, the isolates were tested for competitive colonization of plants in sterilized soil.  

Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Actinobacteria and Bacteroidetes/Chlorobi group accounted  for  over  90 %  of  isolated  rhizobacterial  taxa,  whereas  endophytes  belonged mostly  to  Alphaproteobacteria  (over 60 %)  and  Actinobacteria.  Heavy  metal  mobilizing, immobilizing and strains without effect were found. The plant‐inoculated mobilizing strain increased  Zn  and  Cd  concentration  in  leaves,  the  immobilizing  strain  reduced  metal concentrations  in  roots.  In  the  competitive plant  colonization experiment,  ten percent of the  isolates were detected  in plants after  five weeks. The  results  support  the application potential  of  plant‐associated  bacteria  to  improve  the  effectiveness  of  the  heavy metal phytoextraction process and accelerate soil remediation. 

 

Page 22: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

22 

PG3/7  

3‐Methylarginine, a toxin from the symbiotic epiphyte Pseudomonas syringae pv. syringae 22d/93 

 Janine Hofmann1, Sascha D. Braun2, Beate Völksch2, and Dieter Spiteller1 

 1Max Planck Institute for Chemical Ecology, Bioorganic Chemistry, Hans‐Knöll‐Straße 8, 

07745 Jena, Germany. 2Microbial Phytopathology, Friedrich Schiller University Jena, Neugasse 25, 07743 Jena, 

Germany.  3‐Methyl‐L‐arginine  is  produced  by  the  symbiotic  epiphyte  Pseudomonas  syringae  pv. syringae 22d/93 (Pss22d).[1] The rare amino acid acts as strong toxin against its relative the plant pathogen Pseudomonas syringae pv. glycinea having the potential to protect  its host plant, the soybean. Feeding  labelled methionine to Pss22d  indicated the  introduction of a methyl group by an S‐adenosylmethionine (SAM)‐dependent methyltransferase. Using mutagenesis the genes  for the biosynthesis of 3‐methylarginine were  identified and characterized.  The  two  genes,  a  methyltransferase  and  an  aminotransferase,  were overexpressed  in  E. coli.  The methyltransferase  was  successfully  purified  and  proven  to catalyse the formation of 5‐guanidino‐3‐methyl‐2‐oxo‐pentanoic acid as intermediate of the 3‐methylarginine biosynthesis (Figure 1).  

  Figure  1.  3‐Methylarginine  biosynthesis  by  Pseudomonas  syringae  pv.  syringae  22d/93: Reaction of the methyltransferase  Because  it was  impossible  to  obtain  the  second  enzyme  an  aminotransferase  as  soluble protein  by  standard  overexpression  methods  in  E coli,  the  aminotransferase  was overexpressed  in a newly developed Pseudomonas  syringae pv.  syringae expression host. The  use  of  this mutated  host  strain  and  a  newly  created  expression  vector  led  to  the successful  purification  of  soluble  aminotransferase,  the  second  enzyme  of  the  3‐methylarginine biosynthesis.  [1] S. D. Braun, B. Völksch,  J. Nüske, D. Spiteller, 3‐Methylarginine  from Pseudomonas  syringae pv.  syringae 22d/93  suppresses  the  bacterial  blight  caused  by  its  close  relative  Pseudomonas  syringae  pv.  glycinea. Chembiochem 9, 1913‐20 (2008).  

Page 23: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

23 

PG3/8  

STRUCTURE AND FUNCTION OF POTATO ASSOCIATED MICRORGANISMS IN THE CENTRAL ANDEAN HIGHLANDS 

 Stefan Pfeiffer, Branislav Nikolic and Angela Sessitsch 

 AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Department of Health and Environment, 

Bioresources Unit, A‐2444 Seibersdorf, Austria  The Central Andean Highlands, confining Ecuador, Peru and Bolivia, are the origin of potato diversity, covering more than 3,000 varieties. Being the major source for carbohydrate since ancient times,  increased demand by a growing population have reduced crop rotation and increased the pressure caused by pest and plant disease. The EU funded project VALORAM targets  to  elucidate  the  role  of  microorganisms  naturally  associated  with  the  potato. Microorganisms play a key role in the plants nutrient cycle and also can offer benefits (e.g. pest resistance) to their host.  The aim of this work is to cover the natural bacterial diversity of potato associated bacteria under different geographical (altitude, latitude) and seasonal (early growth stage, flowering period  and  senescence)  conditions  via  16S‐TRFLP  analysis  and  quantitative  PCR.  Further, occurrence of genes providing beneficial functions to their host will be quantified within the different  bacterial  communities.  These  genes  include  acdS,  which  encodes  for  1‐aminocyclopropane‐1‐carboxylate  deaminase  (provides  stress  reduction),  phzH  and  phlF, which  are  involved  in  the  synthesis  of  the  antibiotics  phenazine‐1‐carboxylic  acid  and phloroglucinol,  and  nifH,  the  marker  gene  involved  in  the  synthesis  of  nitrogenase reductase  (Nitrogen  fixation).  Knowledge  of  these  functions  could  help  to  develop technologies  to  improve  sustainability  of  potato  cropping  systems.  An  overview  of  the project and first results will be presented.  

Page 24: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

24 

PG3/9  

Microbial Endophytes From Warburgia ugandensis ‐  Diversity and Effects on Host Drimane Sesquiterpenes 

  

Birgit Mitter1, Sigrid Drage2, Christina Tröls1, Franz Hadacek2, Alice Muchugi3, Ramni Jamnadass3 and Angela Sessitsch1 

 

1AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Bioresources Unit, A‐2444 Seibersdorf, Austria 2 Department of Chemical Ecology and Ecosystem Research, Faculty of Life Sciences, 

University of Vienna, Althanstrasse 14, 1090 Vienna, Austria 3International Centre for Rural Agriculture and Forestry (ICRAF), Nairobi, Kenia 

 We present an interdisciplinary approach to study the function and physiology of culturable and non‐culturable endophytes  colonizing Warburgia ugandensis, a  tropical  tree which  is highly regarded as remedy of various human diseases caused by bacteria, fungi or viruses in traditional folk medicine. Phytochemical studies on W. ugandensis  led to the  identification of drimane sesquiterpenes with broad antibiotic activities. We expect that, simultaneously with  this  high  plant  physiological  activity,  associated  endophytic  bacteria  also  proliferate and exhibit broad functional diversity.  Combining the  information about the plant genetic background with the chemical analysis of secondary metabolites  in W. ugandensis and the composition and function of microbes colonizing this tree comprehensive insight into the relationship between microbial diversity and the plant physiological phenotype  is obtained. Our results reveal significant variations in  the plant metabolite  composition  as well  as distinct bacterial  and  fungal  communities within  individual  trees and  show  that  the endophytic community  structure correlates  the sesquiterpene  composition  within  a  plant.  Screening  of  isolated  fungal  and  bacterial endophytes  for  their sensitivity  towards plant drimane sesquiterpenes  revealed one  fungi and three bacterial strains to be significantly more resistant than the control strains.  

Page 25: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

25 

PG3/10  

EFFECTS OF TRANSGENIC MAIZE ON BENEFICIAL PLANT‐MICROBE‐INTERACTIONS AND SOIL NITROGEN CYCLING 

 Michaela Prischl, Evelyn Hackl and Angela Sessitsch 

 AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Health & Environment Department, 

Bioresources Unit, A‐2444 Seibersdorf  Through  the  use  of  transgenic  crops  expressing  Bacillus  thuringensis‐derived  insecticidal proteins  the need  for  conventional  insecticides  is  reduced, providing benefits  for human health and the environment. Limited understanding of soil‐plant‐microbe interactions in Bt‐crop‐systems,  however,  causes  uncertainties  regarding  potential  adverse  effects  on  the ecosystem  level. Thus, the present project  investigates effects of the genetic modification on beneficial plant‐microbe  interactions and on  soil nitrogen  cycling during a  three year‐rotational cropping of maize and horsebean.  Plants  of  three  Bt‐maize  varieties,  an  isogenic  and  three  conventional maize  lines were grown  on  two  contrasting  soils  in  a  containment  system.  Flowering  as well  as milk  ripe plants were harvested for the isolation of endophytic microorganisms, which were screened for  plant  growth  promoting  and  pathogen  suppressive  capabilities.  Endophytic DNA was extracted from the plants for microbial community analysis and PCR‐based analysis of genes encoding plant beneficial  functions. At multiple time points, measurements of potential N turnover  and  soil  mineral  N  content  were  done  together  with  functional  gene‐based analyses to assess potential differential effects of Bt‐ versus non Bt‐plants on soil N cycling.  Project results will provide new information about soil‐plant‐microbe‐interactions in systems using genetically modified Bt‐maize as compared to isogenic or conventional maize lines.   

Page 26: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

26 

PG3/11  

RISKS AND RECOMMENDATIONS REGARDING HUMAN PATHOGENS IN ORGANIC VEGETABLE PRODUCTION CHAINS (PATHORGANIC) 

 Fenzl C1), Hackl E1), Brankatschk K2), Jäderlund L3), Jensen A.4), Hofmann A.5), Rinnofner T.6), Koller M.7), Friedel J. 6), Duffy B2), Arthurson V. 3), Wyss G. 7), Schmid M. 5), Baggesen D. 4) 

and Sessitsch, A1)  

1) AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Health & Environment Department, Bioresources Unit, A‐2444 Seibersdorf, Austria 

2) Agroscope Changins‐Wädenswil (ACW), Plant Protection Division 3)  Swedish University of Agricultural Sciences, Dept. of Microbiology 

4)  Department of Microbiology and Risk Assessment, The National Food Institute, The Technical University of Denmark 

5) Helmholtz Zentrum München, German Research Center for Environmental Health (GmbH), Department Microbe‐Plant‐Interactions 

6) BOKU ‐ University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Department of Sustainable Agricultural Systems 

7) Forschungsinstitut für Biologischen Landbau (FiBL)  A continuous rise in the number of outbreaks of disease associated with the consumption of vegetables  has  been  observed  during  the  last  few  decades.  PathOrganic  addresses  the quality and safety of organically produced vegetables. Multiple  factors  influence microbial contamination of produce,  including the use of animal manure as a fertilizer. In this study, manure samples were collected from organic farms in Austria, Germany, Denmark, Sweden and Switzerland and were screened for the presence of five human pathogens most often linked  to produce‐associated outbreaks:  Salmonella  enterica, Campylobacter  ssp.,  Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus and E.coli. Of the manure samples collected  in the various countries, between 38 and 70% proved positive  for Campylobacter ssp. and up  to 24%  contained  Staphylococcus  aureus,  while  Salmonella  enterica  was  less  frequently detected.  In addition, Shiga‐toxin producing E.coli virulence genes were  identified  in 21 to 68% of manure samples from the  individual countries.  In the following, produce grown on farms using contaminated manure was sampled and surveyed for the presence of the food pathogens.  Staphylococcus  occurred most  frequently,  with  up  to  20%  positive  samples. With results varying from country to country, Salmonella‐positive samples were found in 1‐15% of produce, Listeria ranged from 0 to 12%, and up to 2% of the samples proved positive for Campylobacter. Shiga‐toxin producing E.coli virulence genes were found in up to 20% of produce.  

Page 27: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

27 

PG3/12  

METAGENOMIC ANALYSIS OF 1‐AMINOCYCLOPROPANE‐1‐CARBOXYlATE (ACC) DEAMINASE GENES AMONG POTATO ENDOPHYTES 

 Branislav Nikolic1, Helmut Schwab2, Angela Sessitsch1 

 

1AIT Austrian Institute of Technology, Bioresources Unit, Health & Environment Department, 2444 Seibersdorf, Austria 

2 Technische Universität Graz, Institut für Molekulare Biotechnologie, 8010 Graz, Austria E‐mail: [email protected] 

 Bacterial  endophytes  are  mostly  soil‐borne,  plant‐associated  bacteria  that  are  able  to penetrate plants and colonize intercellular spaces and vascular tissues, where they reside at least  part  of  their  life  without  causing  any  immediate  negative  effects  or  forming  any organized symbiotic structures. It has been frequently reported that many endophytes have beneficial  effects  on  their  host  plant  such  as  plant  growth  promotion  or  bio‐control  of pathogens. Many  of endophytes  are  expressing  1‐aminocyclopropane‐1‐carboxylate  (ACC) deaminase  that  is  hydrolysing  ACC,  a  precursor  in  the  synthesis  of  ethylene  in  plants. Lowering of ethylene commonly promotes root elongation, plant growth and resistance to various biotic and abiotic stresses. Metagenomic approaches which rely on the isolation of the entire bacterial genome of a habitat of interest combined with subsequent cloning and analysis are gaining importance in resolving the ecology and functions of yet uncultured or hardly cultivable bacteria. We constructed metagenomic  libraries from potato endophytes and screened  for ACC deaminase activity. Detailed construction procedures and screening results are shown, observed problems and alternative approaches are considered.   

Page 28: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

28 

PG3/13  

HYDROCARBON DEGRADATION AND PLANT COLONIZATION OF SELECTED BACTERIAL STRAINS ISOLATED FROM ITALIAN RYEGRASS AND BIRDSFOOT TREFOIL 

 Sohail Yousaf, Katrin Ripka, Verania Andria, Thomas Reichenauer, Muhammad Afzal 

and Angela Sessitsch  

AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Health & Environment Department, Bioresources Unit, A‐2444 Seibersdorf, Austria 

 Microbial  inoculation  of  plants  with  degrading  strains  is  a  promising  approach  in phytoremediation‐based  clean‐up  of  petroleum  polluted  soils.  In  addition  to  high degradation  activity  high  persistence  and  efficient  colonization  is  a  pre‐requisite  for benefiting  from microbial  inoculation.  In  this  study  the  degradation  potential  and  plant colonization capacity of four alkane degrading strains (ITSI10, ITRI15, ITRH76, and BTRH79) in combination with Birdsfoot trefoil and Italian ryegrass was evaluated.  Contaminated  soil was prepared by  spiking agricultural  soil with 10 g diesel  fuel kg‐1  soil. Soils,  i.e.  sterilized  and  non‐sterilized, with  and without  compost  treatment were  used. Based on an earlier study on screening plants for phytoremediation of hydrocarbons, Italian ryegrass (Lolium multiflorum var. Taurus) and Birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus var. Leo) were selected for their tolerance and rapid growth response and inoculated with the strains listed  above  individually.  Planted,  but  uninoculated  as well  as  non‐vegetated  treatments served as controls. Hydrocarbon degradation  (up  to 57 %) was observed  in all  inoculated treatments  of  vegetated  and  unvegetated  samples.  Treatments  with  compost  showed better  degradation  than  without  compost.  IT  +  compost  +  BTRH79  showed  highest degradation  (57 %) while BT + compost +  ITSI10 being  the second best  treatment  (48 %). Colonization  analysis  showed  that  the  inoculant  strains were  successfully  colonizing  the plants both  in sterile and non‐sterile soils. In sterilized soil  inoculated strains colonized 80‐100 % and in non‐sterilized soil the colonization was in the range of 20 to 90 %.  

Page 29: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

29 

 Poster group 4 (PG4): 

Plant ‐ Soil; Water ‐ Waste    

PG4/1  

DNA BARCODING AND SEQUENCE BASED IN‐FIELD SPECIES DETECTION OF ARBUSCULAR MYCORRHIZAL FUNGI 

 Manuela Krüger, Herbert Stockinger, Arthur Schüßler 

 Ludwig‐Maximilians University Munich, Department Biology, Genetics, 

Großhaderner Str. 4, 82152 Martinsried  Arbuscular mycorrhiza (AM) is a widespread symbiosis between AM fungi (AMF) and >80% of  vascular  plants.  AMF  provide  inorganic  nutrients  to  their  plant  host  and  achieve carbohydrates  in exchange. Their enormous ecological and economical role  is obvious, but still  few  is  known  about  their  functional  traits.  A  basic  problem  is  their  detection  and identification  in the field. Molecular characterisation was established, mostly based on the rRNA genes or the ITS rDNA region. For species‐level resolution the widely used SSU rDNA is not  suitable. We  developed  new  primers,  which  specifically  amplify  a  1.8  kb  fragment covering the 3’ SSU, the ITS region and a part of the LSU rDNA region including the D1 and D2 domain. We successfully used them to DNA barcode AMF, and to detect AMF in the field with  species‐level  resolution.  We  also  analysed  different  shorter,  potential  barcoding regions within this fragment. The ITS region, most likely becoming the official DNA barcode for  Fungi,  or  the  LSU‐D2  region  alone  cannot  resolve  all  AMF  species.  Therefore,  we recommend  to use  the  complete 1.8  kb  fragment noted  above, or e.g.  for 454  Titanium sequencing, the combination of the ITS2 and the LSU D2 region to detect AMF species.  

Page 30: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

30 

PG4/2  MOLECULAR SIGNALLING IN THE TRIPARTITE SYMBIOSIS OF PIRIFORMOSPORA INDICA – 

RHIZOBIUM RADIOBACTER‐BARLEY  Li, D.1, Sharma, M.2, Zuccaro, A.2, Fekete, A.3, Schmid, M.1, Rothballer, M.1, Schmitt‐Kopplin, 

P.3, Kogel, K.‐H.2, and Anton Hartmann1  

Helmholtz Zentrum München, German Research Center for Environmental Health, 1Department Microbe‐Plant Interactions, 3Institute of Ecological Chemistry, D‐85764 

Neuherberg / Munich, Germany; 2Justus‐Liebig University Giessen, Institute of Phytopathology and Applied Zoology, Giessen, Germany 

 Members  of  the  fungal  order  Sebacinales,  the  most  basal  basidiomycota  group  with members  forming mycorrhiza  with  orchids  and  Ericaceae,  also  have  abilities  of  growth promotion and induction of systemic resistance in a variety of plants. Piriformospora indica, originally  isolated  from desert plants  in the Tar desert  in  India, also belongs to this  fungal order  and  is  able  to  form mycorrhiza‐like  plant  growth  promoting  symbioses with many plants.  A  close  examination  of  Sebacinales  cultures,  which  showed  no  hints  of  being contaminated with bacteria, resulted  in the demonstration of the presence of endofungal bacteria  when  using  phylogenetic  probes  and  fluorescence  in  situ  hybridization  (FISH) analysis.  For  example,  Paenibacillus  sp.  was  demonstrated  within  hyphae  of  Sebacina vermifera MAFF  305838, while  the Gram‐negative  bacterium  Rhizobium  radiobacter was identified as endofungal bacterium in P. indica. Until now, P. indica could not be cured from the bacterium. P.  indica colonizes epidermal roots cells,  leading to cell death  in the  invaded cortical cells. Plant growth promotion and an  increase  in pathogen  resistance against powdery mildew was demonstrated  in many plants – e.g.  in barley. Most  interestingly,  the R.  radiobacter isolates  had  similar  effects  on  barley  plants  as  the  fungus  (including  the  endofungal bacterium) In search for signalling candidates possibly involved in plant growth promotion, biosynthetic genes of indole acetic acid was demonstrated in R. radiobacter as well as in the P.  indica genome. Most remarkably, the synthesis of bacterial quorum sensing compounds of  the  N‐acylhomoserine  lactones  (AHLs),  like  oxo‐  and  hydroxy‐C8‐,  C10‐  and  C12‐HSL, were  identified using FTICR‐mass spectrometry. AHLs have recently been demonstrated to be able to modulate plant growth or even increase pathogen resistance in different plants. In  addition,  Rhizobium  radiobacter  produced  HSL‐compounds  using  the  plant‐derived compound coumaroylic acid as side chain. We  therefore hypothesize  that  the endofungal bacteria and their signalling compounds are synergistically  involved  in the  interplay of the partners  in  this  triple  symbiosis  of  plant,  the  fungus  P.  indica  and  the  bacterium  R. radiobacter.  

Page 31: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

31 

PG4/3  

Symbiotic based cultivation for improved cultivation strategy of novel species within the phylum Chloroflexi 

 N. M. Lee1; D. B. Meisinger1, K. M. Ritalahti2, S. Spring3, M. Schmid4, F. E. Löffler2 

 1Microbiology, TUM, Freising, Germany;  2Environmental microbiology and engineering, GaTech, GA, USA; 3DSMZ, Braunschweig, Germany; 4Helmholtz Zentrum München, 

Department Plant Microbe Interactions, Neuherberg, Germany,  

With the development of the molecular techniques in microbiology, it became evident that the majority (around 1 %) of the bacteria in the environment are not yet culturable despite large  cultivation  and  screening  efforts.  Several  recent  studies  have  shown  that  the enrichment  strategy of novel bacteria can be  improved by co‐cultivation probably due  to beneficial  symbiotic  interactions.  Here,  we  demonstrate  how  this  approach  helped  to isolate or  improve cultivation of several novel species and genera affiliated to the phylum Chloroflexi.  The  Chloroflexi  constitute  a  poorly  defined,  deeply  branching  lineage  on  the bacterial  phylogenetic  tree,  but  the  constantly  growing  amount  of  16S  rRNA  gene sequences retrieved from unculturable organisms in ecosystems from all parts of the world (extreme,  non‐extreme,  pristine,  contaminated)  affiliated  to  this  phylum  suggest  that  an unexplored diversity exists. The phylum harbors both organisms  relevant  to  the  study of early evolution of microbial  life  (e.g. one of  the  first anoxygenic phototrophs)  in extreme and  non‐extreme  environments,  as  well  as  bacteria  of  importance  for  environmental biotechnological  applications  such  as  bioremediation.  Here,  we  describe  a  collaborative effort to explore the biodiversity, ecology and culturability of Chloroflexi affilated bacteria. We screened different environments, including wastewater treatment plants, soils, chemo‐autotrophic  pristine  subsurface  areas,  and  contaminated  groundwater  systems,  on geographically  distinct  locations.  To  date,  we  succeeded  in  retrieving  ~  300  novel Chloroflexi‐affiliated  16S  rRNA  gene  sequences,  as  well  as  isolating  nearly  30  novel Chloroflexi isolates. These isolates were characterized by a polyphasic approach and found to constitute several novel genera, affiliated with classes I, II,  III and VI  within Chloroflexi.  Interestingly,  many  of  the  novel  isolates,  similar  to  previous  observations  on  other Choroflexi  affiliated  strains  from  3  of  the  6  currently  recognized  subgroups  within Chloroflexi, showed increased culturability when cultivated together with other specimens. We are currently evaluating possible mechanisms of the symbiotic interactions and whether these can be used to increase the culturability of other so far unculturable species affiliated to Chloroflexi.   

Page 32: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

32 

PG4/4  

BIOLOGICAL ROLE OF SECONDARY METABOLITES FROM MARINE MICROORGANISMS  Heike I. Baumann, Jutta Wiese, Andrea Gärtner, Franz Goecke, Herwig Heindl, Inga Kajahn, 

Katrin Kleinschmidt, Antje Labes, Kerstin Nagel, Sven Neulinger, Birgit Ohlendorf, Rolf Schmaljohann, Imke Schneemann, Dirk Schulz, Tim Staufenberger, Rüdiger Stöhr, Vera Thiel, 

Heidi Zinecker and Johannes F. Imhoff  

Kieler Wirkstoff‐Zentrum (KiWiZ) at IFM‐GEOMAR, Am Kiel‐Kanal 44, D‐24106 Kiel IFM‐GEOMAR at the University Kiel, Düsternbrooker Weg 20, D‐24105 Kiel 

 The marine environment  is  still  rarely  investigated with  respect  to biological  interactions mediated by microbial metabolites. The Kieler Wirkstoff‐Zentrum KiWiZ  (Center of Marine Natural  Products)  in  Kiel  focuses  on  natural  products  from marine microorganisms.  The KiWiZ  combines  microbiological,  biotechnological,  genetic,  and  chemical  expertise  to identify  natural  products  concerning  their  ecological  function  like  symbiotic/defensive interactions as well as their application areas. We will present different projects which deal with  bacteria‐sponge  interactions,  bacteria‐macroalgae  interactions  and  bacteria‐bacteria interactions.  In  addition,  new  metabolites  produced  by  sponge‐associated  fungi  from marine habitats and their biological activities will be demonstrated.  

Page 33: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

33 

PG4/5  

MOLECULAR AND PHYSIOLOGICAL CHARACTERIZATION OF THE CLOSE BACTERIAL SYMBIOSIS IN PHOTOTOPHIC CONSORTIA 

 Johannes Müller1, Roland Wenter1, Dörte Dibbern1, Veronika Reisinger2, Matthias Plöscher2, 

Lutz Eichacker2 and Jörg Overmann1  

1Bereich Mikrobiologie, Department Biologie Ι, Ludwig‐Maximilians‐Universität München, Großhadernerstr. 2‐4, 82152 Planegg/Marinsried2Bereich Botanik, Department Biologie Ι, Ludwig‐Maximilians‐Universität München, Großhadernerstr. 2‐4, 82152 Planegg/Marinsried  The phototrophic consortium "Chlorochromatium aggregatum" represents the most highly developed symbiosis among bacteria known.  It consists of green sulfur bacterial epibionts surrounding  a  central, motile Betaproteobacterium.  "C.  aggregatum"  represents  the  first cultivable model  system  to  dissect  the molecular  basis  of  symbiotic  interaction  between non‐related  prokaryotes.  To  identify  proteins  involved  in  interspecies  interaction, membrane proteins were  analyzed  after  cross‐linking.  Symbiosis‐dependent  regulation of the epibiont transcriptome and proteome was studied using prokaryotic cDNA subtractive hybridization,  whole‐transcriptome  sequencing  and  two‐dimensional  differential  gel electrophoresis. The cross‐linking experiments imply that a hemagglutinin‐like protein and a branched‐chain amino acid ABC‐transporter are directly involved in the cell‐cell interaction. A total of 354 epibiont genes were differentially expressed either  in the symbiotic or free‐living state  indicating  that  the  interaction  involves a distinct  regulation. Since most genes coding for metabolic functions are also present  in free‐living relatives, the ancestor of the epibiont might have been preadapted to symbiotic interactions. By 16S rRNA based specific magnetic  capture,  the  kinetics  of  H14CO3

‐  incorporation  into  the  epibiont  and  central bacterium were monitored simultaneously. Almost synchronous 14C labeling of epibiont and central  bacterium  rRNA  demonstrated  a  rapid  transfer  of  low molecular  photosynthesis products to the heterotrophic partner.  

Page 34: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

34 

PG4/6  

ECOPHYSIOLOGY AND CELL‐CELL‐INTERACTION OF A NOVEL MULTICELLULAR MAGNETOTACTIC PROKARYOTE FROM NORTH SEA SEDIMENTS 

 Roland Wenter1, Gerhard Wanner2, Dirk Schüler1 and Jörg Overmann1 

1Bereich Mikrobiologie, Department Biologie Ι, Ludwig‐Maximilians‐Universität München, Großhadernerstr. 2‐4, 82152 Planegg/Marinsried 

 

2Bereich Botanik, Department Biologie Ι, Ludwig‐Maximilians‐Universität München, Großhadernerstr. 2‐4, 82152 Planegg/Marinsried 

 Multicellular magnetotactic prokaryotes  (MMPs) represent highly organized, spherical and motile  aggregates  of  10‐40  bacterial  cells,  each  with  its  own  magnetosomes  and flagellation.  The  entire  aggregate  orients  itself  in  a  magnetic  field  and  exhibits magnetotaxis. Cells of MMPs recovered from coastal tidal sand flats of the North Sea were found  to  contain  bullet‐shaped  magnetosomes  which  were  aligned  in  several  parallel chains,  all  oriented  in  the  same  direction  across  the  entire  aggregate.  This  particular arrangement  of magnetosomes  has  not  been  observed  previously  and  indicates  a  close signal exchange between the cells of one aggregate. The 16S rRNA gene sequence of MMPs from the North Sea exhibited phylogenetic distances of more than 4% to all other bacteria. Fluorescence in situ hybridization demonstrated that the entire population of MMPs and all individual cells of the same multicellular aggregate belonged to the same phylotype. Genes for  dissimilatory  sulfite  reductase  (dsrAB)  and  dissimilatory  adenosine‐5´‐phosphate reductase (aprA) were detected in magnetotactically purified MMP samples, suggesting that the MMPs  are  capable  of  sulfate  reduction.  Chemotaxis  assays with  41  test  substances yielded  strong  responses  towards  acetate  and  propionate,  which  are  typical  growth substrates  for  sulfate‐reducing  bacteria.  MMPs  may  serve  as  future  model  system  for studying bacterial multicellularity and interaction.  

Page 35: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

35 

PG4/7  

A ROLE FOR OLIGOCHAETE‐ENDOSYMBIOTIC MICROBES IN SULPHUR‐CYCLING IN CONTAMINATED AQUIFERS? 

 Giovanni Pilloni, Tanja Riedel, Kathrin Euringer, Claudia Kellermann and Tillmann Lueders 

 Institute of Groundwater Ecology, Helmholtz Zentrum München, German Research Center for Environmental Health (GmbH) Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Neuherberg, Germany. 

giovanni.pilloni@helmholtz‐muenchen.de  Marine  gutless  Oligochaetes  are  well  known  to  harbor  characteristic  communities  of chemoautotrophic endosymbiotic Bacteria,  via whom  they  gain energy  and  carbon while shuttling  between  different  redox  zones  of marine  sediments.  These  symbioses  include specific  sulfate‐reducing  and  sulfide‐oxidizing  endosymbionts, which  acquire  organic  and inorganic carbon for the host, and maintain an endosymbiotic sulfur cycle within the worm. Thus, diffusive limitations and spatial separation of available electron donors and acceptors can be overcome.  Also  in  contaminated  aquifers,  degradation  processes  are  often  limited  by  a  spatial separation of electron donors  (contaminants,  sulphide) and  thermodynamically attractive electron  acceptors  (oxygen,  nitrate).  Thus,  also  in  this  environment,  a  mobile  worm shuttling chemolithoautotrophic endosymbionts between reduced and oxidized zones may be  hypothesized  as  a  possible multitrophic  entity.  Here, we  provide  first  circumstantial evidence for the existence of such symbioses This  concept  is based on  three  independent  lines of evidence  that have appeared  in our recent depth‐resolved gene‐based characterization of microbial community distribution in a hydrocarbon‐contaminated  aquifer  in  Düsseldorf,  Germany.  Genetic  signatures  of  the functional genes specific for sulfate reduction (dsrB) and for CO2 fixation (Rubisco), as well as  eukaryotic  18S  rRNA  genes  detected  on  site,  amongst  others,  all  recovered  sequence types closely related to Olavius algarvensis or  its known bacterial endosymbiotic partners. This  intriguing  observation  evoked  our working  hypothesis  that  such microbe‐eukaryote symbioses may be extant at  redox gradients not only  in marine, but also  in groundwater environments.  Here,  we  discuss  different  aspects  supporting  or  contradicting  this hypothesis, and  future  research objectives  that may  substantiate  these  so‐far overlooked elements of groundwater ecology.  

Page 36: Symbiotic Interactions Poster - Helmholtz Zentrum München · Insect ‐ Nematode ‐ Invertebrate PG2/1 Transmission route and population dynamics of a defensive insect symbiont

36 

PG4/8  

Homogeneous inoculation vs. microbial hot spots of isolated strain and microbial community: What is the most promising approach in remediating soils 

contaminated with organic chemicals?  

A. Krug1, F. Wang1, U. Dörfler1, D. Fischer2, M. Schmid2, J.C. Munch1, R. Schroll1  

1 Helmholtz Zentrum München, German Research Center for Environmental Health (GmbH),  Institute of Soil Ecology, 85764 Neuherberg, Germany 

2 Helmholtz Zentrum München, German Research Center for Environmental Health (GmbH),  Department Microbe‐Plant Interactions, 85764 Neuherberg, Germany 

 We  artificially  loaded  different  type  of  agricultural  soils  with  some  model  14C‐labelled chemicals,  and we  inoculated  such  soils with  different microbial  communities  as well  as isolated strains  to enhance  the mineralization of such chemicals.  Inocula were  introduced by different approaches: (i) soil inocula, (ii) application of isolated strain as well as microbial community  via media,  (iii)  isolated  strain  as well  as microbial  community  attached  to  a carrier material. Most of the inoculation experiments were conducted in laboratory but we also tested one of these approaches under real environmental conditions in lysimeters and we could show that the approach was successful. We  already  could  show  that  inoculating  soils with microbial  communities  attached  on  a specific carrier material shows the highest mineralization effectiveness and also the highest sustainability. Microbes attached on clay particles preserved their function over a long time period  even  if  the  specific  microbial  substrate  was  already  degraded  or  at  least  not detectable any more. Additionally we already could  show  that  in  specific cases  some  soil parameters might reduce the effectiveness of such an approach. Results on isoproturon as a model for phenylurea‐herbicides and 1,2,4‐trichlorobenzene as an  example  for  an  industrially  used  chemical  as  well  as  the  corresponding  chemicals` degrading microbial communities and isolated strain will be presented.