| AutorIn | | Name: | DIPL.-GEOGR. Frank Rasche | 1.Beurteilende(r)| Name: | Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.nat.techn. Martin Gerzabek | | Herkunftsbetrieb: | | | Arbeit | | Typ der Arbeit: | Dissertation | | Sprache der Arbeit: | Englisch | | Titel der Arbeit in Originalsprache: | DIVERSITY AND FUNCTION OF BACTERIAL COMMUNITIES COLONIZING THE RHIZOSPHERES AND ENDOSPHERES OF GENETICALLY MODIFIED POTATOES EXPRESSING ANTIBACTERIAL AGENTS | | Titel der Arbeit in deutsch: | n.a. | | Titel der Arbeit in englisch: | Diversity and function of bacterial communities colonizing the rhizospheres and endospheres of genetically modified potatoes expressing antibacterial agents | | Publikationsmonat: | 10.2005 | | Seitenanzahl: | | | Online-Katalog der Universitätsbibliothek Bodenkultur | | AC-Nummer: | AC04860938 | | Abstract | | Abstract in Deutsch: | Gentechnisch modifizierte (GM) Kartoffeln, welche die antibakteriellen Substanzen T4 Lysozym oder Attacin/Cecropin produzieren, könnten effektive Strategien darstellen, bakterielle Phytopathogene, die Kartoffelkrankheiten verursachen, zu kontrollieren. Die beabsichtigte kommerzielle Einführung von GM Kartoffeln führte zur öffentlichen Besorgnis hinsichtlich der Gefahr bislang unentdeckter ökologischer Nebeneffekte auf pflanzenassoziierte, potentiell nützlichen Bakteriengemeinschaften. Da die Freisetzung der antibakteriellen Substanzen zu einer potentiellen Veränderung der pflanzenassoziierten bakteriellen Mikroflora führen kann, wurde in der vorliegenden Studie die Auswirkung dieser Modifikationstypen auf die Funktion und Diversität bakterieller Rhizosphären- und Endosphärenpopulationen untersucht.
Ein Gewächshausversuch wurde mit vier Kartoffellinien, Desirée, ihr T4 Lysozym produzierendes Derivat, Merkur und ihr Attacin/Cecropin erzeugendes Gegenstück, durchgeführt, um deren Effekt auf bakterielle Rhizosphären- und Endosphärenpopulationen zu untersuchen. Um die Veränderungen durch die gentechnische Modifikation mit Effekten durch sich verändernde Umweltverhältnisse zu vergleichen, wurden die Kartoffeln unter unterschiedlichen Umweltbedingungen, wie beispielsweise zwei gegensätzliche Bodentypen und einer Infektion mit dem Kartoffelpathogen Erwinia carotovora ssp. atroseptica, angebaut. Rhizosphärenboden und Stammmaterial wurde im Längenwachstum und frühen Blühstadium gesammelt. Die Aktivität mehrerer Rhizosphärenenzyme, die im C-, P- und N-Nährstoffkreislauf involviert sind, wurde gemessen und die strukturelle Diversität der Rhizosphären- und Endosphärengemeinschaften wurde mittels 16S rRNA basierender Genanalyse untersucht. Die kultivierten Endophytenisolate wurden auf ihre planzenwachstumsfördernden und antagonistischen Fähigkeiten hin analysiert. Zwei Feldexperimente wurden in Spanien durchgeführt, um den ökologischen Einfluss einer T4 Lysozym produzierenden Desiréesorte mit den nichtmodifizierten Kartoffellinien Achirana Inta, Desirée, Merkur auf die Diversität und funktionellen Eigenschaften endophytischer Bakterienpopulationen unter Feldbedingungen zu vergleichen. Der Vergleich der bakteriellen Endophytendiversität erfolgte mittels 16S rRNA Genanalyse und die isolierten bakteriellen Endophyten wurden hinsichtlich deren Potenzial zur Pflanzenwachstumsförderung und antagonistischen Fähigkeiten gegen zwei Kartoffelpathogene charakterisiert.
Beide Modifikationstypen haben die Funktion und Diversität der pflanzenassoziierten bakteriellen Populationen beeinflusst. Im Allgemeinen wurde ein stärkerer Effekt auf die mikrobielle Diversität als auf die mikrobielle Funktion festgestellt. T4 Lysozym hatte einen stärkeren Einfluss als die Kombination Attacin/Cecropin. Verglichen mit den Umweltfaktoren, war der Einfluss der gentechnischen Modifikation kleiner als oder vergleichbar mit den dominierenden Effekten der Feldlage, Bodentyp, Pflanzensorte, Vegetationsstadium und Pathogeneinfluss.
Der experimentelle Versuchsaufbau erwies sich als gut geeignet, um darzulegen, dass Pflanzensorte, gentechnische Modifikation sowie sich verändernde Umweltbedingungen wichtige Parameter sind, welche die Funktion und Diversität von Rhizosphären- und Endosphärengemeinschaften beeinflussen können. Die Resultate ließen einen Effekt der gentechnischen Modifikation auf die Diversität und Funktion der bakteriellen Populationen erkennen, aber eine dauerhafte, potenziell negative Auswirkung konnte nicht nachgewiesen werden, da die Modifikationseffekte den bestimmenden Variationen der natürlichen Umweltfaktoren, die in dieser Studie analysiert wurden, unterzuordnen waren. Mikrobielle Funktion und Diversität wurden zudem stark durch Interaktionen zwischen den untersuchten Faktoren beeinflusst. Diese komplexen ökosystematischen Netzwerke müssen daher berücksichtigt werden, wenn ökologische Effekte von GM Pflanzen untersucht werden. Generell ist ein besseres Verständnis der komplexen Interaktionen zwischen Boden, Pflanzen und Mikroorganismen erforderlich, das als Basis für eine objektive Evaluierung des tatsächlichen ökologischen Einflusses von GM Kulturpflanzen angewandt werden kann. | | Abstract in Englisch: | Genetically modified (GM) potatoes expressing the antibacterial substances T4 lysozyme or attacin/cecropin might offer effective control strategies for phytopathogenic bacteria which cause severe potato diseases. The intended commercial introduction of GM potatoes has led to public concerns regarding the fear of unknown ecological side-effects on non-target plant associated, potentially beneficial microbial communities. As the release of antibacterial agents may alter the potato associated microflora, the effect of these modification types on the function and diversity of rhizosphere and endosphere bacterial populations was carefully analyzed in the present study.
A greenhouse experiment was performed in which four potato lines, Desirée, its transgenic, T4 lysozyme expressing derivative, Merkur and Merkur expressing attacin/cecropin were cultivated to investigate their effect on the diversity and functioning of the potato associated rhizosphere and endosphere bacterial microflora. In order to compare observed fluctuations due to the plant transformation with effects caused by altered environmental conditions, potatoes were cultivated under different environmental conditions such as two contrasting soil types, and challenged with the potato pathogen Erwinia carotovora ssp. atroseptica. Rhizosphere soil and plant stems were sampled at stem elongation and early flowering stage. Activities of various rhizosphere enzymes involved in C-, P- and N-nutrient cycles were determined and structural diversity of the rhizosphere and endosphere bacterial communities was assessed by 16S rRNA-based gene analysis. Cultivated endophytic bacteria were screened for plant growth promoting and plant pathogen antagonistic abilities. Two field experiments were performed in Spain to compare the effect of a T4 lysozyme expressing Desirée trait with the non-transformed lines Achirana Inta, Desirée, and Merkur, on the diversity and functional properties of endophytic bacterial populations under natural field conditions. Comparison of community structures of endophytic bacterial populations was assessed by 16S rRNA gene analysis and isolated bacterial endophytes were monitored for their potential plant growth promotion and antagonistic abilities against two potato pathogens.
Both genetic modification types affected the function and diversity of plant-associated bacterial populations. In general, a more intense effect on microbial diversity than on microbial function was determined. T4 lysozyme had a stronger impact as compared to the combination of attacin/cecropin. In comparison with the natural factors analyzed, impact of genetic modification was minor or comparable to the dominant variations caused by field site, soil type, plant genotype, vegetation stage, and pathogen exposure.
In conclusion, the experimental setup was suitable for demonstrating that plant variety, genetic modification, as well as changing environmental conditions are important parameters affecting the function and structure of rhizosphere and endosphere bacterial communities. The presented results indicated effects of the genetic modification on the diversity and functioning of bacterial populations, however, a lasting, potentially negative impact of the genetic modification could not be proved as the modification related effects were subordinate to the determinant variations caused by the other natural factors analyzed in this study. Microbial function and diversity was further strongly influenced by interactions between the analyzed factors. Therefore, the complex ecosystematic networks have to be considered when analyzing the ecological impact of GM crops. Generally, a better understanding of the complex interactions between soil, plants and microorganisms is still required, which can be then used as baseline to facilitate an objective evaluation of the actual ecological impact of GM crops. | | Schlagworte | | Schlagwörter Deutsch: | Bodenkunde Kartoffel Bodenmikroorganismen genetisch modifizierte Pflanzen | | Schlagwörter Englisch: | AGRICULTURE, SOIL SCIENCE potato soil microorganisms genetically modified plants | | Sonstiges | | Signatur: | HB: D-12376 | | Organisationseinheit, auf der die Arbeit eingereicht wird: | H91100 Institut für Bodenforschung (IBF) | |
| |
Zurück zur Auswahl der Arbeiten
