Evaluating DOM utilization patterns of marine deep-sea heterotrophic prokaryotes in the Southern Ocean using click-CARD-FISH and MICRO-CARD-FISH

• Main Author: Steiger, Julia
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: (:none) 2020
• Subjects: Southern Ocean
• Online Access: https://dx.doi.org/10.25365/thesis.62467; https://othes.univie.ac.at/62467/

Marine prokaryotes are key players in biogeochemical cycles. A key parameter to determine the contribution of specific prokaryotic taxa or cells to these cycles, as well as their ecological function, is the growth or activity rate. Several methods have been used to measure prokaryotic metabolic activity and biomass production by individual marine prokaryotic cells. Microautoradiography has been extensively used to detect substrate utilization by marine microbial cells for the past 20 years. Recently, ‘click-chemistry’ has been applied to detect the incorporation of fluorescently labeled amino acids into newly synthesized prokaryotic proteins. In this study we tested the applicability of click-chemistry to deep-sea samples, using L-homopropargylglycine (HPG), a methionine analog, and compared it to microautoradiography using tritium-labeled methionine. In addition, substrate uptake rates of Bacteria and Thaumarchaeota were compared by combining each of the two methods with catalyzed reporter deposition fluorescence in situ hybridization (CARD-FISH). Up to 55% of the total prokaryotic community took up methionine in the epipelagic waters of the Southern Ocean. A decreasing contribution of cells taking up methionine to the total prokaryotic cells from 100 m depth to 500 m depth was observed at the iron-limited sampling site. In contrast, the naturally iron fertilized sampling site exhibited a steady contribution of cells taking up methionine throughout the depth profile. Among the prokaryotic groups, bacteria were the major contributor to the prokaryotic cells taking up methionine, whereas only few Thaumarchaeota cells incorporated methionine. The click-CARD-FISH detected fewer active cells than the MICRO-CARD-FISH. However, our results indicate that both methods reveal similar substrate utilization patterns of marine prokaryotic communities throughout the water column. : Marine Prokaryoten haben eine Schlüsselrolle in biogeochemischen Kreisläufen. Ein Schlüsselparameter, zur Bestimmung des Beitrages bestimmter prokaryotischer Taxa oder Zellen zu diesen Zyklen und deren ökologische Funktion, ist das Wachstum oder die Aktivitätsrate. Verschiedene Methoden werden angewandt, um die Stoffwechselaktivität und die Biomasse Produktion von individuellen marinen prokaryotischen Zellen zu messen. Mikroautoradiographie wurde in den letzten 20 Jahren in großem Umfang eingesetzt, um die Substratnutzung von marinen Mikrobenzellen nachzuweisen. Kürzlich wurde die „Klick-Chemie“ eingesetzt, um den Einbau fluoreszenzmarkierter Aminosäuren in neu synthetisierten prokaryotischen Proteinen zu detektieren. In dieser Studie haben wir die Anwendbarkeit der Klick-Chemie für Tiefseeproben, unter Verwendung von L-Homopropargylglycin (HPG), einem Methionin-Analog, getestet und mit der Mikroautoradiographie unter Verwendung von Tritium markiertem Methionin verglichen. Zusätzlich wurden die Substrataufnahmeraten von Bakterien und Thaumarchaeota verglichen, indem jede der beiden Methoden mit der „catalyzed reporter deposition fluorescence in situ hybridization“ (CARD-FISH) Methode kombiniert wurde. Bis zu 55% der prokaryotischen Gemeinschaft nahmen Methionin in den epipelagischen Gewässern des Südlichen Ozeans auf. Eine Abnahme der Methionin aufnehmenden Zellen aller prokaryotischen Zellen konnte von 100 m Tiefe auf 500 m Tiefe an der eisenlimitierten Probenstelle beobachtet werden. Im Gegensatz dazu wies der Beitrag der Methionin aufnehmenden Zellen zu allen prokaryotischen Zellen, an der Probenstelle mit natürlich vorkommendem Eisen, keine Unterschiede im Tiefenprofil auf. Unter den prokaryotischen Gruppen trugen Bakterien am meisten zu den Methionin aufnehmenden Zellen bei, während nur wenige Thaumarchaeota Zellen Methionin inkorporierten. Die click-CARD-FISH detektierte weniger aktive Zellen als die MICRO-CARD-FISH. Jedoch zeigen unsere Ergebnisse, dass beide Methoden ähnliche Substratnutzungsmuster der marinen prokaryotischen Gemeinschaft in der gesamten Wassersäule detektieren.