Moss-associated bacterial and archaeal communities of northern peatlands: key taxa, environmental drivers and potential functions
Moos-assoziierte bakterielle und archaelle Gemeinschaften nördlicher Moore: Schlüsselspezies, beeinflussende Umweltfaktoren und potentielle Funktionen
- Moss-microbe associations are often characterised by syntrophic interactions between the microorganisms and their hosts, but the structure of the microbial consortia and their role in peatland development remain unknown. In order to study microbial communities of dominant peatland mosses, Sphagnum and brown mosses, and the respective environmental drivers, four study sites representing different successional stages of natural northern peatlands were chosen on a large geographical scale: two brown moss-dominated, circumneutral peatlands from the Arctic and two Sphagnum-dominated, acidic peat bogs from subarctic and temperate zones. The family Acetobacteraceae represented the dominant bacterial taxon of Sphagnum mosses from various geographical origins and displayed an integral part of the moss core community. This core community was shared among all investigated bryophytes and consisted of few but highly abundant prokaryotes, of which many appear as endophytes of Sphagnum mosses. Moreover, brown mosses and Sphagnum mosses representMoss-microbe associations are often characterised by syntrophic interactions between the microorganisms and their hosts, but the structure of the microbial consortia and their role in peatland development remain unknown. In order to study microbial communities of dominant peatland mosses, Sphagnum and brown mosses, and the respective environmental drivers, four study sites representing different successional stages of natural northern peatlands were chosen on a large geographical scale: two brown moss-dominated, circumneutral peatlands from the Arctic and two Sphagnum-dominated, acidic peat bogs from subarctic and temperate zones. The family Acetobacteraceae represented the dominant bacterial taxon of Sphagnum mosses from various geographical origins and displayed an integral part of the moss core community. This core community was shared among all investigated bryophytes and consisted of few but highly abundant prokaryotes, of which many appear as endophytes of Sphagnum mosses. Moreover, brown mosses and Sphagnum mosses represent habitats for archaea which were not studied in association with peatland mosses so far. Euryarchaeota that are capable of methane production (methanogens) displayed the majority of the moss-associated archaeal communities. Moss-associated methanogenesis was detected for the first time, but it was mostly negligible under laboratory conditions. Contrarily, substantial moss-associated methane oxidation was measured on both, brown mosses and Sphagnum mosses, supporting that methanotrophic bacteria as part of the moss microbiome may contribute to the reduction of methane emissions from pristine and rewetted peatlands of the northern hemisphere. Among the investigated abiotic and biotic environmental parameters, the peatland type and the host moss taxon were identified to have a major impact on the structure of moss-associated bacterial communities, contrarily to archaeal communities whose structures were similar among the investigated bryophytes. For the first time it was shown that different bog development stages harbour distinct bacterial communities, while at the same time a small core community is shared among all investigated bryophytes independent of geography and peatland type. The present thesis displays the first large-scale, systematic assessment of bacterial and archaeal communities associated both with brown mosses and Sphagnum mosses. It suggests that some host-specific moss taxa have the potential to play a key role in host moss establishment and peatland development.…
- Während die Beziehungen zwischen Moosen und den mit ihnen assoziierten Mikroorganismen oft durch syntrophische Wechselwirkungen charakterisiert sind, ist die Struktur der Moos-assoziierten mikrobiellen Gemeinschaften sowie deren Rolle bei der Entstehung von Mooren weitgehend unbekannt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit mikrobiellen Gemeinschaften, die mit Moosen nördlicher, naturnaher Moore assoziiert sind, sowie mit den Umweltfaktoren, die sie beeinflussen. Entlang eines groß angelegten geographischen Gradienten, der von der Hocharktis bis zur gemäßigten Klimazone reicht, wurden vier naturbelassene Moore als Probenstandorte ausgesucht, die stellvertretend für verschiedene Stadien der Moorentwicklung stehen: zwei Braunmoos-dominierte Niedermoore mit nahezu neutralem pH-Wert sowie zwei Sphagnum-dominierte Torfmoore mit saurem pH-Wert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit machen deutlich, dass die zu den Bakterien zählenden Acetobacteraceae das vorherrschende mikrobielle Taxon der Sphagnum-Moose gleich welchen geographischenWährend die Beziehungen zwischen Moosen und den mit ihnen assoziierten Mikroorganismen oft durch syntrophische Wechselwirkungen charakterisiert sind, ist die Struktur der Moos-assoziierten mikrobiellen Gemeinschaften sowie deren Rolle bei der Entstehung von Mooren weitgehend unbekannt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit mikrobiellen Gemeinschaften, die mit Moosen nördlicher, naturnaher Moore assoziiert sind, sowie mit den Umweltfaktoren, die sie beeinflussen. Entlang eines groß angelegten geographischen Gradienten, der von der Hocharktis bis zur gemäßigten Klimazone reicht, wurden vier naturbelassene Moore als Probenstandorte ausgesucht, die stellvertretend für verschiedene Stadien der Moorentwicklung stehen: zwei Braunmoos-dominierte Niedermoore mit nahezu neutralem pH-Wert sowie zwei Sphagnum-dominierte Torfmoore mit saurem pH-Wert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit machen deutlich, dass die zu den Bakterien zählenden Acetobacteraceae das vorherrschende mikrobielle Taxon der Sphagnum-Moose gleich welchen geographischen Ursprungs darstellen und insbesondere innerhalb des Wirtsmoosgewebes dominieren. Gleichzeitig gehörten die Acetobacteraceae zum wesentlichen Bestandteil der mikrobiellen Kerngemeinschaft aller untersuchten Moose, die sich aus einigen wenigen Arten, dafür zahlreich vorkommenden Prokaryoten zusammensetzt. Die vorliegende Arbeit zeigt zudem erstmals, dass sowohl Braunmoose als auch Torfmoose ein Habitat für Archaeen darstellen. Die Mehrheit der Moos-assoziierten Archaeen gehörte dabei zu den methanbildenden Gruppen, wenngleich die metabolischen Aktivitätsraten unter Laborbedingungen meistens kaum messbar waren. Im Gegensatz hierzu konnte die Bakterien-vermittelte Methanoxidation sowohl an Braunmoosen als auch an Sphagnum-Moosen gemessen werden. Dies zeigt eindrucksvoll, dass Moos-assoziierte Bakterien potenziell zur Minderung von Methanemissionen aus nördlichen, aber auch wiedervernässten Mooren beitragen können. Ein weiteres wichtiges Resultat der vorliegenden Arbeit ist die Bedeutung des Moortyps (Niedermoor oder Torfmoor), aber auch der Wirtsmoosart selbst für die Struktur der Moos-assoziierten Bakteriengemeinschaften, während die archaeellen Gemeinschaftsstrukturen weder vom Moortyp noch von der Wirtsmoosart beeinflusst wurden und sich insgesamt deutlich ähnlicher waren als die der Bakterien. Darüber hinaus konnte erstmalig gezeigt werden, dass sich die bakteriellen Gemeinschaften innerhalb der unterschiedlichen Moorsukzessionsstadien zwar ganz erheblich voneinander unterscheiden, ein kleiner Teil der Bakterien dennoch Kerngemeinschaften bilden, die mit allen untersuchten Moosarten assoziiert waren. Bei der hier präsentierten Arbeit handelt es sich um die erste systematische Studie, die sich auf einer großen geographischen Skala mit den bakteriellen und archaeellen Gemeinschaften von Braunmoosen und Torfmoosen aus naturbelassenen nördlichen Mooren befasst. Die vorliegenden Ergebnisse machen deutlich, dass die untersuchten Moose ein ganz spezifisches mikrobielles Konsortium beherbergen, welches mutmaßlich eine Schlüsselrolle bei der Etablierung der Wirtspflanzen am Anfang der Moorentwicklung spielt und darüber hinaus das Potential hat, die charakteristischen Eigenschaften von Mooren sowie deren weitere Entwicklung zu prägen.…
Author details: | Andrea KissORCiD |
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URN: | urn:nbn:de:kobv:517-opus4-630641 |
DOI: | https://doi.org/10.25932/publishup-63064 |
Reviewer(s): | Susanne LiebnerORCiDGND, Ulrike HerzschuhORCiDGND, Steffen KolbORCiDGND |
Supervisor(s): | Susanne Liebner, Dirk Wagner |
Publication type: | Doctoral Thesis |
Language: | English |
Publication year: | 2024 |
Publishing institution: | Universität Potsdam |
Granting institution: | Universität Potsdam |
Date of final exam: | 2024/03/18 |
Release date: | 2024/04/18 |
Tag: | Amblystegiaceae; Braunmoose; Bryophyten; Endophyten; Epiphyten; Essigsäurebakterien; Moorsukzession; Moos-Mikroben-Interaktion; Moos-assoziierte Methanoxidation; Moos-assoziierte Methanproduktion; Torfmoose; Wirtsspezifität; geographische Großstudie; methanoxidierende Bakterien; methanproduzierende Archaeen; mikrobielle Moor-Kerngemeinschaft; nördliche Moore Acetobacteraceae; Amblystegiaceae; Sphagnum; brown mosses; bryophytes; endophytes; epiphytes; host-specificity; large-scale study; methanogenic archaea; methanotrophic bacteria; moss-associated archaea; moss-associated bacteria; moss-associated methanogenesis; moss-associated methanotrophy; moss-microbe-interactions; northern peatlands; peatland core microbiome; peatland development |
Number of pages: | XX, 139, liv |
Organizational units: | Extern |
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Biochemie und Biologie | |
DDC classification: | 5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie |
License (German): | CC-BY - Namensnennung 4.0 International |