Molecular ecology and biogeography of methanotrophic bacteria in wetland rice fields

Methanotrophe Bakterien nehmen eine zentrale Funktion innerhalb unseres Klimasystems ein, indem sie die einzige biogene Senke für das Treibhausgas Methan darstellen. In gefluteten Reisfeldern fungieren sie als Biofilter und oxidieren bis zu 90% des in den anoxischen Bereichen produzierten Methans. Trotz intensiver Studien ist die Diversität dieser Mikroorganismen in der Umwelt noch nicht annähernd erfasst. Des Weiteren ist nur wenig über ihre ökologischen Nischen sowie den Einfluss abiotischer und biotischer Faktoren auf ihre Populationsstruktur bekannt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den aeroben methanotrophen Bakteriengemeinschaften in gefluteten Reisfeldern. Das pmoA Gen wurde als funktioneller und phylogenetischer Marker verwendet, um methanotrophe Bakterien in Umweltproben zu detektieren. Die untersuchten Habitate wiesen eine hohe Diversität auf, wobei Methylosinus und Methylocystis (Typ II) und bisher nicht-kultivierte Methanotrophe des Typ Ib dominierten. Das größte Cluster repräsentierte das Reis-Paddy-Cluster 1 (RPC-1), dessen Sequenzen in Reisfeldern weltweit detektiert wurden. Es weist nur eine geringe Sequenzähnlichkeit zu bisher kultivierten Vertretern auf und stellt vermutlich eine neue Gattung innerhalb der methanotrophen Bakterien dar, die eventuell spezifisch an geflutete Reisfelder adaptiert ist. Methanotrophe Bakterien wiesen keine großflächige Strukturierung in ihrer räumlichen Verteilung auf. Es konnte gezeigt werden, dass eine geringe Probenanzahl ausreicht, um repräsentative Aussagen über das Gesamtsystem zu treffen. Jedoch zeigten sich deutliche Unterschiede in der Zusammensetzung der methanotrophen Bakteriengemeinschaft an der Reiswurzel und im Reisfeldboden. Das Habitat Wurzel war von einer hohen Dominanz an Typ I geprägt. Außerdem konnte ein Einfluß des Reiskultivars auf die Zusammensetzung der Methanotrophen Bakterien gezeigt werden. Dieser Effekt korrelierte mit dem Genotyp der Reispflanze. Die Re-Evaluierung des pmoA Gens als phylogenetischer Marker zeigte eine gute Korrelation zwischen der pmoA und der 16S rRNA Phylogenie. Einige Ausnahmen lassen jedoch vermuten, dass das Gen horizontal zwischen Arten ausgetauscht wurde und die Evolution der Methanotrophie sich komplizierter darstellt als bisher angenommen. Eine Meta-Analyse mit pmoA Sequenzen aus verschiedenen Habitaten ergab weiterhin eine deutliche Korrelation zwischen dem pmoA Genotyp und dem Habitat.