Exploring the unknown diversity of phototrophic bacteria in soda pans  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
105407
Type PD
Principal investigator Felföldi, Tamás
Title in Hungarian A fototróf baktériumok ismeretlen diverzitásának felderítése szikes tavainkban
Title in English Exploring the unknown diversity of phototrophic bacteria in soda pans
Keywords in Hungarian szikes tavak, oxigént nem termelő fototrófok, fotoheterotrófia, molekuláris biodiverzitás, új generációs szekvenálás
Keywords in English soda pans, anoxygenic phototrophs, photoheterotrophy, molecular biodiversity, next generation sequencing
Discipline
Hydrobiology, ecological status assessment, applied ecology (Council of Complex Environmental Sciences)60 %
Microbiology: virology, bacteriology, parasitology, mycology (Council of Medical and Biological Sciences)40 %
Panel Ecology and evolution 1
Department or equivalent Department of Mikrobiology (Eötvös Loránd University)
Starting date 2012-10-01
Closing date 2016-09-30
Funding (in million HUF) 9.648
FTE (full time equivalent) 2.80
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A legújabb kutatási eredmények azt mutatják, hogy a vizes élőhelyeken (és különösen a sekély, alkalikus szikesekben) az oxigént nem termelő fototrófok, mint amilyenek a fototróf bíborbaktériumok (PPB), a teljes prokarióta közösség jelentős részét képezik. Másrészről viszont, ennek a fontos baktréiumcsoportnak a taxonómiai összetétele szinte teljesen ismeretlen kontinentális vizekben. A tervezett kutatás a Kárpát-medence szikes tavaiban élő PPB azonosítására, diverzitásuk és eloszlásuk megismerésére irányul: (1) a PPB fajok azonosítására szikesekben, (2) tér- és időbeli változások követésére, (3) a környezeti változók szerepének tisztázására a PPB eloszlásában. A molekuláris mikrobiológiai azonosítást általánosan használt módszerekkel kívánjuk elvégezni, mint amilyen a terminális restrikciós fragmenthossz polimorfizmus (T-RFLP) és klónozás-szekvenálás. A vizsgált gének a fototróf anyagcsere meghatározó fehérjéit kódolják, de referenciaként 16S riboszómális RNS gén alapú vizsgálatokat is végzünk majd. Ezt az eszköztárat fogja kiegészíteni a legdiverzebb minták jellemzése esetében az új generációs szekvenálási eljárás, amelynek segítségével több nagyságrenddel nagyobb DNS szekvencia adathoz juthatunk a fent említett módszerekhez képest, és ezáltal eddig soha nem tapasztalt részletességgel fogunk betekintést nyerni a fototróf baktérium közösségek szerkezetébe.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A tervezett kutatás a következő tudományos kérdésekre keresi a választ: (1) milyen fototróf bíborbaktérium (PPB) nemzetségek és fajok találhatók a Kárpát-medence szikeseiben? (2) milyen környezeti feltételek segítik elő a PPB tömeges megjelenését? (3) milyen a PPB közösség évszakos eloszlása a szikesekben? (4) milyen környezeti hatások a legfontosabb mozgatói ezeknek a változásoknak? (5) hol fordulnak elő ezek a baktériumok előszeretettel, az üledék felszínén vagy a vizes fázisban?

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A fototóf bíborbaktérium (PPB) közösség összetételének, tér- és időbeli eloszlásának részletes vizsgálata jelentősen hozzájárul majd a jelenleg meglévő szűkös ismeretekhez. Másrészről viszont, korábban nem azonosított fajok kimutatása a szikesekben hangsúlyozni fogja ezeknek a vizes élőhelyeknek az egyediségét és jelentőségét. Továbbá, a korábban még nem azonosított PPB taxonok számára „optimális” környezeti változók meghatározásával hozzájárulunk ezen nem tenyésztett baktériumok későbbi izolálásának sikerességéhez.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Létezik a természetes élőhelyeken előforduló baktériumoknak egy különleges csoportja, amely az algákhoz és növényekhez hasonlóan a napfényt hasznosítja energiaforrásként, de velük ellentétben nem termelnek oxigént. Ezeknek az ún. anoxikus fototrófoknak a jelentőségét csupán nemrég ismerték fel tengerekben és óceánokban. Más vizsgálatok pedig rámutattak arra, hogy a sekély szikes tavakban az anoxikus fototrófok a mikrobiális közösség meghatározó részét képezik. Ennek ellenére, a csoport faji összetétele szinte teljesen ismeretlen a kontinentális vizekben. A tervezett kutatás az anoxikus fototrófok azonosítását és előfordulásuk felderítését tűzte ki céljául a Kárpát-medence szikes tavainak esetében. Fontos hozadéka lehet a vizsgálatoknak korábban nem azonosított fajok kimutatása a szikesekben, ami hangsúlyozni fogja ezeknek a vizes élőhelyeknek az egyediségét és jelentőségét.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Recent investigations have shown that in aquatic ecosystems (and especially in shallow, alkaline soda lakes) anoxygenic phototrophs, such as phototrophic purple bacteria (PPB), represented the majority of total prokaryotes. On the other hand, the taxonomic composition of this important bacterial group is almost unknown in inland waters. The proposed project focuses on the identification, diversity and distribution of PPB in soda pans of the Carpathian Basin: (1) identification of PPB in soda pans, (2) determination of spatial and seasonal changes of the PPB communities in soda pans, (3) assessing the role of environmental factors in their distribution pattern. Molecular microbiological identification will be performed using common techniques, such as terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) and cloning coupled with sequencing targeting genes involved in the phototrophic pathway and the 16S ribosomal RNA gene as reference. These methods will be amended in the case of the most diverse samples by a novel high-throughput method, next generation sequencing, that allows the generation of several magnitudes larger volumes of DNA sequence data than the methods above, and will therefore open an unpredictable and much deeper insight into the community structure of phototrophic bacteria.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The proposed project aims to answer the following scientific questions: (1) which genera and species of phototrophic purple bacteria (PPB) are present in the soda pans of the Carpathian Basin? (2) what kind of environmental conditions favor the rise of PPB taxa in soda pans? (3) what is the seasonal distribution of the PPB community in soda pans? (4) which environmental factors are the most important drivers of community changes? and (5) where are these bacteria preferably found in soda pans, in the sediment surface layer or in the water phase?

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
A detailed analysis of the phototrophic purple bacterial (PPB) community composition, spatial and temporal distribution will significantly contribute to the scarce currently available literature data. On the other hand, detection of previously unknown species in soda lakes will emphasize the uniqueness and importance of these aquatic habitats. Additionally, determination of environmental parameters “optimal” for previously unidentified PPB taxa will enhance the isolation of these uncultured bacteria in subsequent or parallel studies.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
There is a special group of bacteria in natural environments that uses light as energy source, such as algae and plants, but contrary do not produce oxygen. The importance of these so-called anoxygenic phototrophs was recently noticed in oceans and seas. Other investigations have shown that in shallow soda lakes anoxygenic phototrophs represented a major part of microbial community. On the other hand, the composition of this group is almost unknown in inland waters. The proposed project focuses on the identification and distribution of anoxygenic phototrophic bacteria in soda pans of the Carpathian Basin. As an expected result, the detection of previously unknown species in soda lakes will emphasize the uniqueness and importance of these aquatic habitats.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A vizsgált szikes tavak bakterioplanktonjára az Actinobacteria phylum és a Rhodobacteraceae család nem tenyésztett tagjai jellemzőek, míg a Roseococcus és Rhodobaca nemzetségek, valamint időnként az Ectothiorhodospira szintén fontos tagjai a közösségnek. A bíborbaktérium közösség több tagja kisméretű zöldalgákkal fordul együtt elő, amelyek télen/ősszel fordulnak elő nagy mennyiségben. Speciális időjárási és hidrológiai viszonyok mellett, ezek a baktériumok szabad szemmel jól látható bíbor réteget képezhetnek az üledék felszínén. Más sós vízi élőhelyektől eltérően, az Archaea domén tagjai gyakorlatilag hiányoznak ezekről az élőhelyekről, míg számos egyéb különbséget is sikerült feltárnunk alacsonyabb taxonómiai szinteken. A szikes tavak két alaptípusára más zöldalga közösség jellemző, a színes Sós-ér esetében szinte kizárólag a Chloroparva nemzetség tagjai, míg a tubid Zab-székre a Trebouxiophyceae osztály nem tenyésztett tagjai voltak jellemzőek. A baktériumsejtek ozmotikus egyensúlyának fenntartásában az ún. ’salt-out’ stratégiának van kitüntetett szerepe.
Results in English
The studied soda pans harbor bacterioplankton abundant in uncultivated members of the phylum Actinobacteria and family Rhodobacteraceae, while genera Roseococcus and Rhodobaca and occasionally Ectothiorhodospira are also important members of the community. Many members of the purple bacterium community are associated with small green algae, which are abundant in winter/spring. Under special meteorological and hydrological conditions, purple bacteria could form a visible purple layer just above the sediment. Contrary to other saline habitats, members of the domain Archaea are practically absent in these habitats, however, on lower taxonomic level, differences from other soda lakes/pans were also identified. The two type of soda pans harbored different green algal communities, the coloured Sós-ér contained almost exclusively members of the genus Chloroparva, while in the turbid Zab-szék, planktonic algal community was dominated with uncultivated members of class Trebouxiophyceae (Chlorophyta). For maintaining osmotic balance of bacterial cells, the synthesis and uptake of compatible solutes (‘salt-out’ strategy) is preferred.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=105407
Decision
Yes





 

List of publications

  
Korponai K, Szabó A, Somogyi B, Vörös L, Vajna B, Boros E, Felföldi T: A planktonikus bakteriális közösségek szezonális alakulása különböző karakterű szikes tavakban, Hidrológiai Közlöny (különszám): 44-52., 2016
Tugyi N, Vörös L, Boros E, Felföldi T, Márialigeti K, Máthé I, Somogyi B: Szélsőséges környezeti paraméterek formálta mikrobiális közösség egy helioterm tóban (Medve-tó, Szováta), Hidrológiai Közlöny (különszám): 96-102., 2016
Márton Zs, Szabó A, Boros E, Vörös L, Felföldi T: Kazahsztáni sós tavak ismeretlen prokarióta közösségei, 17. Kolozsvári Biológus Napok. (Kolozsvár/Cluj Napoca, Romania, 8-9. April 2016.), 2016
Selvarajan R, Felföldi T, Sanniyasi E, Tekere M: Assessing the potential of some freshwater and saline microalgae as biodiesel feedstock, J. Biobased Mat. Bioenergy 10: 50-62., 2016
Somogyi B, Felföldi T, V.-Balogh K, Boros E, Pálffy K, Vörös L: The role and composition of winter picoeukaryotic assemblages in shallow Central European great lakes, J. Great Lakes Res. (in press), 2016
Kalwasińska A, Felföldi T, Walczak M, Kosobucki P: Physiology and molecular phylogeny of bacteria isolated from alkaline distillery lime, Pol. J. Microbiol. 64: 369-377., 2015
Tugyi N, Vörös L, Boros E, Felföldi T, Márialigeti K, Somogyi B: Ismeretlen fototróf mikroorganizmusok hazai vizekben – az infravörös mikroszkópi technika jelentősége a limnológiában, Hidrológiai Közlöny 95: 91-95., 2015
Szabó A, Korponai K, Somogyi B, Vörös L, Vajna B, Kerepesi Cs, Márialigeti K, Felföldi T: Algal blooms and desiccation drives microbial community composition in alkaline soda pans, 16th International Symposium on Microbial Ecology (ISME-16), (Montreal, Canada, 2016. augusztus 21-26.), 2016
Felföldi T, Ramganesh S, Somogyi B, Krett G, Jurecska L, Szabó A, Vörös L, Márialigeti K, Máthé I: Winter planktonic microbial communities in highland aquatic habitats, Geomicrobiology Journal 33: 494-504, 2016
Selvarajan R, Felföldi T, Tauber T, Sanniyasi E, Sibanda T, Tekere M: Screening and evaluation of some green algal strains (Chlorophyceae) isolated from freshwater and soda lakes for biofuel production, Energies 8: 7502-7521., 2015
Korponai K, Somogyi B, Szabó A, Boros E, Vörös L, Felföldi T: Bíborbaktérium-közösség összetételének megismerése újgenerációs DNS-szekvenálási és tenyésztéses technikák kombinálásával, Hidrológiai Közlöny 95: 29-31., 2015
Nagy BJ, Szabó A, Somogyi B, Vörös L, Márialigeti K, Máthé I, Felföldi T: Heliotermikus sós tavak planktonikus mikrobaközösségei, Hidrológiai Közlöny 95: 59-63., 2015
Szabó A, Márialigeti K, Somogyi B, Vörös L, Felföldi T: Szikes planktonikus közösség metagenomikai analízise újgenerációs szekvenálási technikával, LV. Hidrobiológus Napok (Tihany, 2013. október 2-4.) előadásainak kivonatai, p. 20, 2013
Felföldi T, Selvarajan R, Somogyi B, Jurecska L, Szabó A, Pálffy K, Mentes A, Krett G, Vörös L, Máthé I, Márialigeti K: Winter planktonic microbial communities in specific aquatic habitats with an emphasis on phototrophs, Power of microbes in indrustry and environment 2013 (Primosten, Horvátország, 2013. október 9-12.), Book of abstracts, ISBN 978-953-7778-06-4, p. 56, 2013
Szabó A, Márialigeti K, Somogyi B, Vörös L, Felföldi T: Metagenomic analysis of a soda pan microbial community on Ion Torrent sequencing platform, Power of microbes in indrustry and environment 2013 (Primosten, Horvátország, 2013. október 9-12.), Book of abstracts, ISBN 978-953-7778-06-4, 2013, p. 84, 2013
Selvarajan R, Krett G, Máthé I, Jurecska L, Szabó A, Elumalai S, Márialigeti K, Felföldi T: First record of winter planktonic microbial communities in some specific aquatic habitats, Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica 60 (suppl.): 228-229. (Abstracts of the 4th Central European Forum for Microbiology, October 16-18, 2013 Keszthely, Hungary), 2013
Mentes A, Keresztes ZG, Pálffy K, Somogyi B, Márialigeti K, Máthé I, Vörös L, Felföldi T: A Kárpát-medence vizes élőhelyeken előforduló sajátos fotoszintetizáló mikroszervezetei., 15. Kolozsvári Biológus Napok. Kolozsvár, 2014. április 4-5., 2014
Szabó A, Márialigeti K, Somogyi B, Vörös L, Bartha D, Korponai K, Felföldi T: Metagenome analysis of an astatic soda pond prior to complete desiccation, EMBO Conference on Microbiology after the genomics revolution: Genomes-2014. Párizs, Franciaország, 2014. június 24-27., 2014
Máthé I, Kovács E, Fikó R, Tankó G, Nagymáté Z, Szabó A, Szilveszter S, Felföldi T: Enhancing the cultivability of bacteria with the combination of simple but unconventional methods, 15th International Symposium on Microbial Ecology (ISME-15), Szöul, Dél-Korea, 2014. augusztus 24-29., 2014
Felföldi T, Ramganesh S, Somogyi B, Krett G, Jurecska L, Szabó A, Vörös L, Márialigeti K, Máthé I: Winter planktonic microbial communities in highland aquatic habitats, Geomicrobiology Journal (in press), 2015
Mentes A, Keresztes ZG, Pálffy K, Somogyi B, Márialigeti K, Máthé I, Vörös L, Felföldi T: A Kárpát-medence vizes élőhelyeken előforduló sajátos fotoszintetizáló mikroszervezetei, 15. Kolozsvári Biológus Napok. Kolozsvár, 2014. április 4-5., 2014
Szabó A, Korponai K, Somogyi B, Vörös L, Jurecska L, Márialigeti K, Felföldi T: Egy asztatikus szikes tó planktonikus mikrobaközösségének taxonómiai és funkcionális genomikai analízise, Hidrológiai Közlöny 95: 73-76., 2015
Selvarajan R, Felföldi T, Tauber T, Sanniyasi E, Sibanda T, Tekere M: Screening and evaluation of some green algal strains (Chlorophyceae) isolated from freshwater and soda lakes for biofuel production, Energies 8: 7502-7521., 2015



Back »