@phdthesis{Englmeier2024,
  author    = {Englmeier, Jana},
  title     = {Consequences of climate change and land-use intensification for decomposer communities and decomposition processes},
  doi       = {10.25972/OPUS-31399},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-313994},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {The increase in intensively used areas and climate change are direct and indirect consequences of anthropogenic actions, caused by a growing population and increasing greenhouse gas emissions. The number of research studies, investigating the effects of land use and climate change on ecosystems, including flora, fauna, and ecosystem services, is steadily growing. This thesis contributes to this research area by investigating land-use and climate effects on decomposer communities (arthropods and microbes) and the ecosystem service 'decomposition of dead material'. Chapter II deals with consequences of intensified land use and climate change for the ecosystem service 'decomposition of dead organic material' (necromass). Considering the severe decline in insects, we experimentally excluded insects from half of the study objects. The decomposition of both dung and carrion was robust to land-use changes. Dung decomposition, moreover, was unaffected by temperature and the presence/ absence of insects. Along the altitudinal gradient, however, highest dung decomposition was observed at medium elevation between 600 and 700 m above sea level (although insignificant). As a consequence, we assume that at this elevation there is an ideal precipitation:temperature ratio for decomposing organisms, such as earthworms or collembolans. Carrion decomposition was accelerated by increasing elevation and by the presence of insects, indicating that increasing variability in climate and an ongoing decline in insects could modify decomposition processes and consequently natural nutrient cycles. Moreover, we show that different types of dead organic material respond differently to environmental factors and should be treated separately in future studies. In Chapter III, we investigated land-use and climate effects on dung-visiting beetles and their resource specialization. Here, all beetles that are preferentially found on dung, carrion or other rotten material were included. Both α- and γ-diversity were strongly reduced in agricultural and urban areas. High precipitation reduced dung-visiting beetle abundance, whereas γ-diversity was lowest in the warmest regions. Resource specialization decreased with increasing temperatures. The results give evidence that land use as well as climate can alter dung-visiting beetle diversity and resource specialization and may hence influence the natural balance of beetle communities and their contribution to the ecosystem service 'decomposition of dead material'. The following chapter, Chapter IV, contributes to the findings in Chapter II. Here, carrion decomposition is not only explained by land-use intensity and climate but also by diversity and community composition of two taxonomic groups found on carrion, beetles and bacteria. The results revealed a strong correlation between bacteria diversity and community composition with temperature. Carrion decomposition was to a great extent directed by bacterial community composition and precipitation. The role of beetles was neglectable in carrion decomposition. With this study, I show that microbes, despite their microscopic size, direct carrion decomposition and may not be neglected in future decomposition studies. In Chapter V a third necromass type is investigated, namely deadwood. The aim was to assess climate and land-use effects on deadwood-inhabiting fungi and bacteria. Main driver for microbial richness (measured as number of OTUs) was climate, including temperature and precipitation. Warmer climates promoted the diversity of bacteria, whereas fungi richness was unaffected by temperature. In turn, fungi richness was lower in urban landscapes compared to near-natural landscapes and bacteria richness was higher on meadows than on forest sites. Fungi were extremely specialized on their host tree, independent of land use and climate. Bacteria specialization, however, was strongly directed by land use and climate. These results underpin previous studies showing that fungi are highly specialized in contrast to bacteria and add new insights into the robustness of fungi specialization to climate and land use. I summarize that climate as well as intensive land use influence biodiversity. Temperature and precipitation, however, had positive and negative effects on decomposer diversity, while anthropogenic land use had mostly negative effects on the diversity of decomposers.},
  subject      = {Mikroorganismus},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Slaby2017,
  author    = {Slaby, Beate Magdalena},
  title     = {Exploring the microbiome of the Mediterranean sponge \(Aplysina\) \(aerophoba\) by single-cell and metagenomics},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-151869},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Sponges (phylum Porifera) are evolutionary ancient, sessile filter-feeders that harbor a largely diverse microbial community within their internal mesohyl matrix. Throughout this thesis project, I aimed at exploring the adaptations of these symbionts to life within their sponge host by sequencing and analyzing the genomes of a variety of bacteria from the microbiome of the Mediterranean sponge Aplysina aerophoba. Employed methods were fluorescence-activated cell sorting with subsequent multiple displacement amplification and single-cell / 'mini-metagenome' sequencing, and metagenomic sequencing followed by differential coverage binning. These two main approaches both aimed at obtaining genome sequences of bacterial symbionts of A. aerophoba, that were then compared to each other and to references from other environments, to gain information on adaptations to the host sponge environment and on possible interactions with the host and within the microbial community. Cyanobacteria are frequent members of the sponge microbial community. My 'mini-metagenome' sequencing project delivered three draft genomes of "Candidatus Synechococcus spongiarum," the cyanobacterial symbiont of A. aerophoba and many more sponges inhabiting the photic zone. The most complete of these genomes was compared to other clades of this symbiont and to closely related free-living cyanobacterial references in a collaborative project published in Burgsdorf I*, Slaby BM* et al. (2015; *shared first authorship). Although the four clades of "Ca. Synechococcus spongiarum" from the four sponge species A. aerophoba, Ircinia variabilis, Theonella swinhoei, and Carteriospongia foliascens were approximately 99\% identical on the level of 16S rRNA gene sequences, they greatly differed on the genomic level. Not only the genome sizes were different from clade to clade, but also the gene content and a number of features including proteins containing the eukaryotic-type domains leucine-rich repeats or tetratricopeptide repeats. On the other hand, the four clades shared a number of features such as ankyrin repeat domain-containing proteins that seemed to be conserved also among other microbial phyla in different sponge hosts and from different geographic locations. A possible novel mechanism for host phagocytosis evasion and phage resistance by means of an altered O antigen of the lipopolysaccharide was identified. To test previous hypotheses on adaptations of sponge-associated bacteria on a broader spectrum of the microbiome of A. aerophoba while also taking a step forward in methodology, I developed a bioinformatic pipeline to combine metagenomic Illumina short-read sequencing data with PacBio long-read data. At the beginning of this project, no pipelines to combine short-read and long-read data for metagenomics were published, and at time of writing, there are still no projects published with a comparable aim of un-targeted assembly, binning and analysis of a metagenome. I tried a variety of assembly programs and settings on a simulated test dataset reflecting the properties of the real metagenomic data. The developed assembly pipeline improved not only the overall assembly statistics, but also the quality of the binned genomes, which was evaluated by comparison to the originally published genome assemblies. The microbiome of A. aerophoba was studied from various angles in the recent years, but only genomes of the candidate phylum Poribacteria and the cyanobacterial sequences from my above-described project have been published to date. By applying my newly developed assembly pipeline to a metagenomic dataset of A. aerophoba consisting of a PacBio long-read dataset and six Illumina short-read datasets optimized for subsequent differential coverage binning, I aimed at sequencing a larger number and greater diversity of symbionts. The results of this project are currently in review by The ISME Journal. The complementation of Illumina short-read with PacBio long-read sequencing data for binning of this highly complex metagenome greatly improved the overall assembly statistics and improved the quality of the binned genomes. Thirty-seven genomes from 13 bacterial phyla and candidate phyla were binned representing the most prominent members of the microbiome of A. aerophoba. A statistical comparison revealed an enrichment of genes involved in restriction modification and toxin-antitoxin systems in most symbiont genomes over selected reference genomes. Both are defense features against incoming foreign DNA, which may be important for sponge symbionts due to the sponge's filtration and phagocytosis activity that exposes the symbionts to high levels of free DNA. Also host colonization and matrix utilization features were significantly enriched. Due to the diversity of the binned symbiont genomes, a within-symbionts genome comparison was possible, that revealed three guilds of symbionts characterized by i) nutritional specialization on the metabolization of carnitine, ii) specialization on sulfated polysaccharides, and iii) apparent nutritional generalism. Both carnitine and sulfated polysaccharides are abundant in the sponge extracellular matrix and therefore available to the sponge symbionts as substrates. In summary, the genomes of the diverse community of symbionts in A. aerophoba were united in their defense features, but specialized regarding their nutritional preferences.},
  subject      = {Metagenom},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hoerr2008,
  author    = {H{\"o}rr, Verena},
  title     = {Methoden zur Evaluation von Zytotoxizit{\"a}t und Struktur-Wirkungs-Beziehungen an Trypanosoma brucei brucei},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-27543},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden potenzielle Wirksubstanzen zur Behandlung trypanosomaler und bakterieller Infektionen gesucht. W{\"a}hrend auf dem Gebiet der Trypanosomiasis das Ziel in der Testung großer Substanzbibliotheken auf antitrypanosomale Wirkung und in der Erstellung von Struktur-Wirkungs-Beziehungen bestand, lag im Bereich der bakteriellen Infektion der Schwerpunkt in der Entwicklung neuer Testmethoden. Die Untersuchungen erfolgten mittels Kapillarelektrophorese und magnetischer Kernresonanz.},
  subject      = {Trypanosomiase},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Scheuermayer2006,
  author    = {Scheuermayer, Matthias},
  title     = {Phylogenie, Sekund{\"a}rmetabolismus und biotechnologisches Potential mariner, Schwamm-assoziierter Mikroorganismen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-18543},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Marine Schw{\"a}mme (Porifera) stellen eine reichhaltige Quelle f{\"u}r bioaktive Substanzen dar. Oft kommen diese jedoch nur in sehr geringen Mengen im Ausgangsmaterial vor, sodass eine nachhaltige Nutzung f{\"u}r z. B. medizinische Anwendungen nur selten m{\"o}glich ist. Viele Schw{\"a}mme sind dar{\"u}ber hinaus mit einer ernormen Biomasse hochgradig Schwamm-spezifischer Mikroorganismen assoziiert, die extrazellul{\"a}r in der Mesohylmatrix vorliegen. In der vorliegenden Dissertationsarbeit wurden ausgew{\"a}hlte Schwamm-assoziierte Mikroorganismen taxonomisch charakterisiert und auf die Produktion von bioaktiven Sekund{\"a}rmetaboliten sowie ihr weiteres biotechnologisches Potential hin {\"u}berpr{\"u}ft. Im Verlauf der vorliegenden Arbeit gelang die Isolierung und taxonomische Charakterisierung eines neuen, obligat marinen Bakteriums des Phylums Verrucomicrobia. Das Isolat Pol012 repr{\"a}sentiert aufgrund der niedrigen 16S-rRNA Sequenzhomologie von <83\% zu kultivierten Verrucomicrobia den ersten Vertreter einer neuen Gattung dieses Phylums. Die Wachstumsbedingungen sowie zellul{\"a}re und biochemische Merkmale des Stammes wurden charakterisiert. Es zeigte sich, dass das Isolat Pol012 wahrscheinlich zur Bildung von Prodigiosinen bef{\"a}higt ist. Prodigiosine sind als cytotoxische Sekund{\"a}rmetabolite bereits aus anderen Bakterienarten bekannt. Pol012 wurde unter dem Namen „Rubritalea marina" als neues Bakterium beschrieben. Durch Anreicherung auf gezielten Agarmedien wurde eine Isolierung von Streptomyceten aus verschiedenen marinen Schw{\"a}mmen erzielt. Die Bakterien wurden auf die Produktion antimikrobiell wirksamer Substanzen hin untersucht. Es konnten vor allem Wirksamkeiten gegen Gram-positive Bakterien, wie S. aureus, nachgewiesen werden. Die antimikrobiellen Aktivit{\"a}ten des Stammes Aer003 wurden auf die ges{\"a}ttigten Fetts{\"a}uren Palmitins{\"a}ure und Docosans{\"a}ure zur{\"u}ckgef{\"u}hrt (T. Gulder AG Bringmann, Universit{\"a}t W{\"u}rzburg). Die Auswertung des Sekund{\"a}rmetabolitspektrums des Stammes Pol001 steht noch aus. Isolat Pol001 ist durch eine niedrige Sequenzhomologie des 16S-rRNA Gens von 97,6\% zu bereits beschriebenen Vertretern der Gattung Streptomyces charakterisiert und stellt daher vermutlich eine neue Streptomycetenart dar. Die Erstellung und Durchmusterung einer Genbank aus Pol001 auf Sekund{\"a}rmetabolitoperons f{\"u}hrte zur Beschreibung eines neuen Glycopeptidbiosyntheseclusters. Seine Sequenzierung und in silico Analyse weist auf ein strukturell neues Glycopeptid hin, welches {\"A}hnlichkeiten zum Vancomycin besitzt. Weiterhin wurde der Enzymtyp der FADH2-abh{\"a}ngigen Halogenasen in mikrobiellen Konsortien verschiedener mariner Schw{\"a}mme nachgewiesen. FADH2-abh{\"a}ngige Halogenasen spielen bei der Biosynthese halogenierter Sekund{\"a}rmetaboliten aus Bakterien eine große Rolle. Unter Nutzung von degenerierten PCR Primern wurden 34 Halogenasegenfragmente in verschiedenen Schw{\"a}mmen identifiziert. Ein phylogenetischer Vergleich der abgeleiteten Aminos{\"a}uresequenzen mit homologen Bereichen bereits bekannter Enzyme ergab, dass die Mehrzahl der aus Schw{\"a}mmen gewonnenen Gene ein Schwamm-spezifisches Halogenasecluster bildeten, dessen Funktion jedoch noch unbekannt ist. Bei der Durchmusterung einer aus dem mikrobiellen Konsortium des Mittelmeerschwammes Aplysina aerophoba erstellten Metagenombank konnten vier Fosmide identifiziert werden, die unterschiedliche Halogenasegene trugen. Das Insert eines der betreffenden Fosmide wurde komplett sequenziert. Zus{\"a}tzlich wurden jeweils 7 kb um die Halogenasegene der drei anderen Fosmide analysiert. In den abgeleiteten kompletten Aminos{\"a}uresequenzen der vier Enzyme konnten die f{\"u}r FADH2-abh{\"a}ngige Halogenasen typischen Sequenzmotive GxGxxG und WxWxI nachgewiesen werden. Eine phylogenetische Analyse ergab eine eigene Abstammungslinie f{\"u}r drei der Proteine. Die heterologe Expression einer der vier Halogenasen in E. coli war m{\"o}glich. Die beschriebenen Halogenasen und die sie umgebenden genomischen Bereiche geben erste Einblicke in das halogenierende Potential mikrobieller Konsortien mariner Schw{\"a}mme. Weiterf{\"u}hrende Analysen k{\"o}nnen hier zu einer biotechnologisch wertvollen Anwendung f{\"u}hren. Weiterhin ist es m{\"o}glich, dass verschiedene bakterielle Stamme, die w{\"a}hrend der vorliegenden Arbeit kultiviert werden konnten, in naher Zukunft als Quelle neuartiger Sekund{\"a}rmetabolite erkannt werden. Dies trifft sowohl auf das Phylum der Verrucomicrobia, als auch auf das Phylum der Actinobacteria zu. Dar{\"u}ber hinaus stellt die Beschreibung von Rubritalea marina einen Ansatzpunkt f{\"u}r die weitere Analyse von marinen Verrucomicrobien dar.},
  subject      = {Schw{\"a}mme},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Roesch2002,
  author    = {R{\"o}sch, Petra},
  title     = {Raman-spektroskopische Untersuchungen an Pflanzen und Mikroorganismen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-3539},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {In dieser Arbeit werden Pflanzen, Pflanzengewebe, Pflanzenzellen und Mikro-organismen spektroskopisch untersucht und ihre Inhaltsstoffe unter minimaler Probenpr{\"a}paration im biologischen Gewebe direkt lokalisiert und identifiziert. Unter den verf{\"u}gbaren Schwingungs-spektroskopischen Methoden ist die Mikro-Raman-Spektroskopie f{\"u}r diese Fragestellungen besonders gut geeignet, da Wasser Raman-Spektren nur wenig beeinflusst. Daher kann mit Raman-spektroskopischen Methoden auch in stark wasserhaltigem Gewebe gemessen werden. Weiterhin erh{\"a}lt man mit der Mikro-Raman-Spektroskopie eine gute r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung im sub-µm-Bereich, wodurch es m{\"o}glich ist, heterogene Proben zu untersuchen. Dar{\"u}ber hinaus kann die Mikro-Raman-Spektroskopie mit anderen Methoden, wie z. B. der oberfl{\"a}chenverst{\"a}rkten Raman-Spektroskopie (SERS), kombiniert werden. In pflanzlichen Zellen liegt eine Vielzahl von Substanzen in geringen Konzentrationen vor. Aufgrund der niedrigen Quantenausbeute des Raman-Effekts treten vor allem Substanzen, die eine Resonanz-Verst{\"a}rkung erfahren, in den Spektren hervor. Diese Substanzen, wie z. B. b-Carotin, k{\"o}nnen deshalb in geringen Konzentrationen detektiert werden. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Untersuchung von Sekund{\"a}r-Metaboliten wie Alkaloiden, Lipiden oder Terpenen, die in der Pflanze agglomerieren. Neben der Identifikation von Inhaltsstoffen, k{\"o}nnen die Raman-Spektren von Pflanzen f{\"u}r die chemotaxonomische Klassifizierung mit Hilfe der hierarchischen Clusteranalyse verwendet werden. Die Identifizierung von Mikroorganismen auch in sehr geringen Mengen (Monolage, einzelne Zellen) ist mit der Mikro-Raman-Spektroskopie nur unter bestimmten Voraussetzungen durchf{\"u}hrbar. F{\"u}r weitergehende Untersuchungen wird hier die SERS-Sonde oder ein TERS-Aufbau verwendet werden.},
  subject      = {Pflanzen},
  language  = {de}
}