Universität zu Köln

Rüger, Lioba ORCID: 0000-0001-7168-0005 (2025). The protist microbiota of maize and their functional roles for the self-organization of the rhizosphere bacterial microbiome. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Plants interact closely with their belowground environment. The rhizosphere is a dynamic habitat where biotic and abiotic factors, along with the plant itself, shape the microbial community. This study, conducted within the DFG Priority Program “Rhizosphere Spatiotemporal Organisation” (SPP 2089), aimed to investigate the spatiotemporal organization of microbial communities in the rhizosphere of Zea mays (maize), with a particular focus on the role of protists as bacterial predators. Using high-throughput amplicon sequencing, we analyzed microbial compositions and co-occurrence patterns along the root axis. Microbial community structures varied markedly between developmental zones, with stochastic processes dominating in young root regions and deterministic processes, such as selective protistan predation, prevailing in more mature zones. Targeted manipulations revealed that the root cap significantly influences microbial assembly. Network and plant gene expression analyses indicated active, plant-mediated modulation of microbial communities. Additionally, we showed that both the composition and concentration of root exudates substantially impact microbial metabolism. Experiments with varying soil textures highlighted the strong influence of abiotic factors on root development and microbial community structure. A protist diversity experiment demonstrated that increasing protist diversity altered bacterial community composition and enhanced bacterial diversity, although this did not improve plant nitrogen uptake. Overall, our findings underscore the role of protists as active regulators within microbial networks and contribute to a deeper understanding of self-organizing processes in the rhizosphere.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Die Protisten-Mikrobiota des Mais und ihre Rolle bei der Selbstorganisation des bakteriellen Mikrobioms in der Rhizosphäre German
Translated abstract:	Abstract Language Pflanzen stehen in engem Austausch mit ihrer unterirdischen Umwelt. Die Rhizosphäre ist ein dynamischer Lebensraum, in dem biotische und abiotische Faktoren sowie die Pflanze selbst die mikrobielle Gemeinschaft beeinflussen. Ziel dieser Arbeit im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms „Rhizosphere Spatiotemporal Organisation“ (SPP 2089) war es, die raumzeitliche Organisation mikrobieller Gemeinschaften in der Rhizosphäre von Zea mays (Mais) zu untersuchen, mit besonderem Fokus auf die Rolle von Protisten als bakterielle Prädatoren. Mittels Hochdurchsatz-Amplicon-Sequenzierung wurden mikrobielle Zusammensetzungen und Ko-Existenzmuster entlang der Wurzel analysiert. Die Gemeinschaftsstruktur unterschied sich deutlich zwischen Entwicklungszonen, wobei stochastische Prozesse in jungen Wurzelbereichen und deterministische, z. B. durch selektive Protistenprädation, in reiferen Regionen dominierten. Funktionelle Eingriffe zeigten, dass insbesondere die Wurzelkappe die mikrobielle Assemblierung maßgeblich beeinflusst. Netzwerk- und pflanzenspezifische Genexpressionsanalysen deuteten auf eine aktive Steuerung mikrobieller Gemeinschaften durch die Pflanze hin. Ergänzend konnte nachgewiesen werden, dass die Zusammensetzung und Konzentration von Exsudaten den mikrobiellen Metabolismus signifikant beeinflussen. Weiterhin zeigte sich, dass Bodentextur die Wurzelentwicklung sowie die mikrobielle Zusammensetzung mitprägt. In einem Diversitätsexperiment führte zunehmende Protistendiversität zu strukturellen Veränderungen in der bakteriellen Gemeinschaft und förderte deren Diversität, ohne jedoch die Stickstoffaufnahme der Pflanze zu steigern. Die Ergebnisse betonen die zentrale Rolle von Protisten als aktive Regulatoren mikrobieller Netzwerke und liefern neue Erkenntnisse zur Selbstorganisation der Rhizosphäre. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Rüger, Lioba lioba.rueger@gmail.com orcid.org/0000-0001-7168-0005 UNSPECIFIED
Corporate Creators:	Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, Institut für Zoologie, Arbeitsgruppe für terrestrische Ökologie
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-787220
Date:	30 August 2025
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Zoologisches Institut
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Protists UNSPECIFIED Self-organization UNSPECIFIED Network analysis UNSPECIFIED Rhizosphere UNSPECIFIED Microbial ecology UNSPECIFIED Community ecology UNSPECIFIED Bacteria UNSPECIFIED Root cap UNSPECIFIED
Date of oral exam:	12 March 2025
Referee:	Name Academic Title Bonkowski, Michael Prof. Dr. Waldvogel, Ann-Marie Prof. Dr. Blouin, Manuel Prof. Dr.
Funders:	DFG
Projects:	Rhizosphere Spatiotemporal Organisation – a Key to Rhizosphere Functions, SPP 2089
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/78722