Universität zu Köln

Flues, Sebastian (2017). Functional Roles of Cercozoa in the Rhizosphere and Phyllosphere of Plants. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Protists are a group of highly diverse unicellular eukaryotic organisms. They are globally distributed and inhabit all types of terrestrial and aquatic habitats. Protists represent an enormous functional diversity and occupy various ecological niches as bacterivores, fungivores, algivores, predators, primary producers, saprotrophs or parasites of plants and animals. Among protists, the Cercozoa are one of the most diverse, speciose and ecologically important of all protist phyla. Protists in terrestrial systems often show an association to plants and they are well known predators on plant surfaces. However, a comprehensive understanding about the distribution and functions of plant-associated protists in the rhizosphere (i.e. belowground compartments of plants) and the phyllosphere (i.e. aboveground compartments of plants, mainly leaves) is lacking. Therefore this thesis aims to increase the knowledge on the diversity and functional roles of plant-associated Cercozoa. In the first chapter several cercomonad Cercozoa strains were isolated from the phyllosphere and rhizosphere of plants from three functional groups. Their potential phyllosphere and rhizosphere as well as plant specificity was investigated and revealed that cercomonad communities show a deterministic assembly in the above- and belowground compartments of plants. During the course of this study, three novel cercomonad species were described and ten new cercomonad genotypes reported. This indicates that cercozoan taxa preferentially associated with the phyllosphere exist and that Cercozoa diversity is far from being completely revealed. The second chapter aims at deciphering the feeding preferences of leaf-associated cercomonads and their predation effects on the composition, function and interaction of phyllosphere bacterial communities. Predation-induced shifts in bacterial community composition could be linked to phenotypic protist traits and we showed that leaf associated cercomonads significantly structured bacterial community composition which led to an altered interaction pattern among bacterial taxa. This study further demonstrated that cercomonad predation can have significant impact on the physiological function of bacterial communities. The third chapter of this thesis aimed to reveal the spatial and temporal dynamics between leaf-associated cercomonad Cercozoa and phyllosphere bacteria on leaves. We could prove that leaf-associated cercomonads are active and feeding on bacterial cells on the leaf surface and confirm the activity of protists on plant surfaces is closely connected to moisture on leaves. The last chapter aimed to increase the knowledge on the ecology and function of plant-associated cercozoan testate amoebae. Four different strains of Rhogostoma spp. were isolated from Arabidopsis leaves, agricultural soil and rhizosphere soil of Ocimum basilicum and Nicotiana sp. Detailed morphological description for two novel Rhogostoma species isolated from the phyllosphere and rhizosphere is provided. The potential ingestion of bacteria, algae and fungi was investigated, providing indications on how the Rhogostomidae also prey on other (co isolated) members of the phyllosphere microbiome.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Protisten sind eine Gruppe von höchst diversen einzelligen eukaryotischen Organismen. Sie sind weltweit verbreitet und bevölkern alle Arten von terrestrischen und aquatischen Habitaten. Protisten zeigen eine enorme funktionelle Vielfalt und besetzen unzählige ökologische Nischen als Bakterivoren, Fungivoren, Algivoren, Prädatoren, Primärproduzenten, Saprobionten oder Parasiten von Pflanzen und Tieren. Unter den Protisten sind die Cercozoa eine der vielfältigsten, spezifischsten und ökologisch wichtigsten aller Protisten Phyla. Protisten in terrestrischen Systemen zeigen häufig eine Assoziation zu Pflanzen und sind bekannte Prädatoren auf Pflanzenoberflächen. Es fehlt jedoch ein umfassendes Verständnis über die Verteilung und die Funktionen von pflanzenassoziierten Protisten in der Rhizosphäre (d. h. die unterirdischen Kompartimente von Pflanzen) und der Phyllosphäre (d. h. die oberirdischen Kompartimente von Pflanzen, hauptsächlich Blätter). Diese Arbeit zielt daher darauf ab, das Wissen über die Diversität und funktionellen Rollen von pflanzenassoziierten Cercozoa zu erweitern. Im ersten Kapitel wurden mehrere Cercomonaden aus der Phyllosphäre und Rhizosphäre von Pflanzen aus drei funktionellen Gruppen isoliert. Die potentielle Phyllosphären-, Rhizosphären- und Pflanzenspezifität wurde untersucht und zeigte, dass Cercomonadengemeinschaften eine deterministische Zusammensetzung in den ober- und unterirdischen Kompartimenten von Pflanzen aufweisen. Im Verlauf dieser Studie wurden drei neue Cercomonaden-Arten beschrieben und zehn neue Cercomonaden-Genotypen berichtet, was darauf hinweist, dass Cercozoen die bevorzugt mit der Phyllosphäre assoziiert sind existieren und dass die Diversität der Cercozoa bei weitem nicht vollständig offenbart ist. Das zweite Kapitel zielt darauf ab, die Ernährungspräferenzen von blattassoziierten Cercomonaden und deren Prädationseffekte auf die Zusammensetzung, Funktion und Interaktion von Phyllosphären-Bakteriengemeinschaften zu entschlüsseln. Räuberinduzierte Veränderungen in der Zusammensetzung bakterieller Gemeinschaften konnten mit phänotypischen Protistenmerkmalen in Verbindung gebracht werden und wir zeigten, dass blattassoziierte Cercomonaden die bakterielle Gemeinschaftszusammensetzung signifikant strukturiert , was zu einem veränderten Interaktionsmuster zwischen bakteriellen Taxa führte. Diese Studie zeigte weiterhin, dass die Cercomonaden Prädation erhebliche Auswirkungen auf die physiologische Funktion von Bakteriengemeinschaften haben kann. Das dritte Kapitel dieser Arbeit zielte darauf ab, die räumliche und zeitliche Dynamik zwischen blattassoziierten Cercomonaden und Phyllosphärenbakterien auf Blättern aufzuzeigen. Wir konnten nachweisen, dass blattassoziierte Cercomonaden aktiv auf der Blattoberfläche bakterielle Zellen fressen und bestätigen, dass die Aktivität von Protisten auf Pflanzenoberflächen eng mit der Feuchtigkeit auf den Pflanzenblättern verbunden ist. Das letzte Kapitel zielte darauf ab, das Wissen über die Ökologie und Funktion pflanzenassoziierter Schalenamöben der Cercozoa zu erweitern. Vier verschiedene Stämme von Rhogostoma-Arten wurden von Arabidopsis-Blättern, landwirtschaftlichem Boden und der Rhizosphäre von Basilikum (Ocimum basilicum) und Tabak (Nicotiana sp.) isoliert. Zwei neue Rhogostoma-Arten isoliert aus der Phyllosphäre und der Rhizosphäre wurden morphologisch detailliert beschrieben. Die potenzielle Nahrungsaufnahme von Bakterien, Algen und Pilzen wurde untersucht und lieferte Hinweise darauf, wie die Rhogostomidae auch auf andere Mitglieder des Phyllosphären-Mikrobioms Einfluss nehmen. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Flues, Sebastian SebastianFlues@gmx.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-80371
Date:	23 October 2017
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Zoologisches Institut
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Cercozoa, Protists, Phyllosphere, Rhizosphere, Cercomonas, Paracercomonas, Neocercomonas, Diversity, Ecological Function English
Date of oral exam:	15 December 2017
Referee:	Name Academic Title Bonkowski, Michael Prof. Dr. Arndt, Hartmut Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/8037