Thesis-Yani Bai-0915

Cover Page
The handle http://hdl.handle.net/1887/35971 holds various files of this Leiden University
dissertation.
Author: Bai, Yani
Title: Ecological functioning of bacterial chitinases in soil
Issue Date: 2015-10-28
Samenvatting
Samenvatting
Chitine is het op één na meest voorkomende polymeer in de natuur. In
aquatische ecosystemen komt chitine voornamelijk voor als deel van het
exoskelet van arthropoda; in de bodem komt chitine vooral voor als onderdeel
van de celwand van schimmels. De belangrijkste enzymen, die betrokken zijn bij
de afbraak van chitine, zijn chitinases. Chitinases worden zowel door schimmels
als bacteriën geproduceerd. Chitinases van bodem gebonden bacteriën kunnen
niet alleen chitine van dode schimmel hyphen en andere bronnen afbreken, maar
zij spelen waarschijnlijk ook een rol in antagonistische activiteiten door het
afbreken van de chitine in de celwanden van (levende) schimmels. In het
onderzoek dat in dit proefschrift beschreven is, heb ik de hypothese getoetst dat
bacteriële chitinases verschillende functies hebben in verschillende milieus en
onder verschillende omstandigheden en dat de sequentie van het deel van het
bacteriële genoom dat codeert voor chitinases en de functie ervan varieert
tussen verschillende habitats.
In het onderzoek zijn verschillende benaderingen toegepast, waaronder “in
silico” genoom vergelijking van bacteriële chitinase systemen en experimentele
benaderingen. De resultaten van het vergelijkend genoom onderzoek van
chitinolytische systemen van aquatische en terrestrische bacteriën in hoofdstuk 2
laten zien dat terrestrische bacteriën complexere chitinolytische systemen
hebben dan aquatische bacteriën wat waarschijnlijk het gevolg is van adaptatie
aan de complexere functies van chitinases in terrestrische habitats. Zoals eerder
aangegeven zijn bacteriële chitinases in terrestrische systemen betrokken bij
zowel de afbraak van chinine bevattend materiaal als bij antischimmel activiteiten
terwijl in aquatische ecosystemen chitinases voornamelijk functioneren als chitine
afbrekende agentia omdat in deze laatste ecosystemen de schimmel biomassa
over het algemeen gering is. Bovendien, vond ik in de genomen van terrestrische
bacteriën een grotere fractie aan coderingen voor chitine bindende proteïnen en
117
Samenvatting
voor andere proteïnen die mogelijkerwijze betrokken zijn bij antischimmel
activiteiten.
In hoofdstuk 3 wordt een schimmel-bacterie confrontatie experiment
beschreven, met 13 verschillende bacteriën waarin het effect van het aantal
chitinases per bacterie en morfologische eigenschappen van de bacteriën op hun
vermogen tot het afbreken van chitine en antischimmel activiteit werd
onderzocht. Het was opmerkelijk dat het aantal chitine bindende proteïnen
statistisch significant correleerde met het vermogen tot het afbreken van
kristallijn chitine. Daarentegen was er geen significante correlatie tussen het
aantal chitinases per cel en morfologische eigenschappen, dwz hyphen structuur
versus enkelvoudige cellen, van de onderzochte bacteriën met het vermogen tot
afbraak van de verschillende chitine bevattende materialen of antischimmel
activiteit. Dit bevestigde het belang van de chitine bindende proteïnen bij de
afbraak van kristallijn chitine.
Om na te gaan of verschillende bacterie gemeenschappen worden
geselecteerd door verschillende chitine materialen aan te bieden , heb ik vier
verschillende chitine bevattende materialen , dwz kristallijn chitine , twee
verschillende typen schimmel cel wanden en de opperhuid van meelwormen als
substraat toegevoegd aan twee typen bodems. Om de totale bacterie
gemeenschap en de chitinase bevattende chitinolytische bacterie gemeenschap
te identificeren, heb ik met behulp van pyrosequencing het 16S rRNA en het
catalytische domein van het bacteriële chiA gen geanalyseerd. Zowel de
samenstelling van de totale bacteriële gemeenschap en van de chitinolytische
gemeenschap werden significant bepaald door het bodem type, de aard van het
toegevoegde chitine materiaal en de incubatie tijd. Echter, de diversiteit van de
chitinolytische bacteriële gemeenschap was niet verschillend voor de
behandelingen met toevoegingen van verschillende chitine bevattende
materialen wat een aanwijzing is dat het chitine gehalte van het materiaal ( dat
Samenvatting
aanzienlijk verschilde per soort materiaal) geen groot effect heeft op de
betrokken gemeenschap zo lang de chitine dezelfde structuur heeft.
Ik heb ook de chiA gen diversiteit en hoeveelheid als ook de dynamiek van de
chitinolytische bacteriële gemeenschap in respons op de dynamiek van de
saprotrofische schimmel biomassa in de rhizosfeer van aardappelen getoetst om
zo de functie van bacteriële chitinases als agens in de competitie van bacteriën
met schimmels te toetsen. De resultaten van dit onderzoek lieten zien dat een
toename van de schimmel biomassa in de rhizosfeer van aardappelen leidde tot
een toename van de chiA gen copy aantallen, een relatieve toename van β- en γProteobacteria en tot een afname van het aantal Acidobacteria, wat erop duidt
dat chitinases inderdaad een rol spelen in de interacties tussen bacteriën en
schimmels in de bodem.
De resultaten van dit onderzoek hebben bijgedragen tot een beter begrip van
de ecologische functies van chitinases. Nieuwe inzichten zijn verkregen over de
samenstelling van het bacteriële chitinolytisch systeem en tot het belang van de
componenten van dat systeem. De potentiele ecologische functies van het
bacteriële chitinase complex zijn verder geëxploreerd en de rol van chitinases in
bacterie-schimmel interacties , die vitaal zijn voor het functioneren van
terrestrische ecosystemen, zijn verder aan het licht gebracht.
119