Rôles du stress du réticulum endoplasmique et de l'immunité innée dans l'inhibition de la transcription du gène de l'insuline : étude du facteur de transcription ATF6 et du récepteur TLR4

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens.

Mise au point d'un modèle d'infection expérimentale d'entérite nécrotique clinique chez le poulet de chair par des facteurs prédisposants

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Impact of pesticides on indicator and pathogenic microorganism persistence under laboratory and field conditions

On s’intéresse aux impacts des pesticides sur la microflore des plantes surtout dans le contexte des légumes contaminés par des agents pathogènes. Le but de cette étude est d'évaluer l'impact de certains pesticides sur la persistance de micro-organismes indicateurs et pathogènes. En laboratoire, la persistance d’E. coli et de Salmonella en présence de quatre pesticides (Ripcord 400EC, Copper 53W, Bioprotec CAF, Serenade MAX) a été étudiée. Les plaques de Pétrifilm et le milieu sélectif XLD sont utilisés pour énumérer les populations d’E. coli et de Salmonella. Il a été démontré que le Serenade MAX favorisait la croissance microbienne, le Bioprotec CAF et le Ripcord 400EC soutenaient la survie microbienne et le Copper 53W inhibait la croissance, à la fois d’E. coli et de Salmonella. En conditions terrain, Ripcord 400EC, Copper 53W, Bioprotec CAF ont été étudiés sur une culture de brocoli irriguée avec de l'eau expérimentalement contaminée par E. coli. Dans tous les traitements, un impact de l’irrigation a été observé sur les populations de levures et de moisissures (diminution) et les bactéries aérobies totales (augmentation). Une prévalence supérieure d’E. coli a été observée dans les parcelles traitées avec le Bioprotec CAF comparativement aux traitements au Copper 53W, ce qui est en accord avec les résultats observés lors de l'essai en laboratoire. Cependant, l'analyse statistique n'a montré aucune différence significative entre les traitements appliqués. Les effets directs des pesticides sur les micro-organismes sont confirmés dans des conditions de laboratoire mais demeurent méconnus dans les conditions expérimentales au champ.

Rôle de l’enzyme PAS kinase dans la régulation du facteur de transcription PDX-1 dans la cellule bêta pancréatique.

Le diabète de type 2 (DT2) se caractérise par une production insuffisante d'insuline par le pancréas ainsi qu'une résistance des tissus périphériques à l'action de l'insuline. Dans les cellules bêta pancréatiques, le glucose stimule la production de l'insuline en induisant la transcription de son gène et la traduction ainsi que la sécrétion de sa protéine. Paradoxalement, une exposition prolongée et simultanée de ces cellules à de hautes concentrations de glucose en présence d'acides gras conduit à la détérioration de la fonction bêta pancréatique et au développement du DT2. Toutefois, les mécanismes moléculaires responsables de ces effets du glucose ne sont que partiellement connus. L'objectif du travail décrit dans cette thèse est d'identifier les mécanismes responsables de la régulation de la transcription du gène de l'insuline. PDX-1 (de l’anglais pour pancreatic and duodenal homeobox 1) est un facteur de transcription majeur et essentiel tant pour le développement du pancréas que pour le maintien de sa fonction à l'état adulte. En réponse au glucose, PDX-1 se lie au promoteur du gène de l'insuline et induit sa transcription. Ceci est inhibé par l'acide gras palmitate. Dans la première partie des travaux effectués dans le cadre de cette thèse, nous avons identifié deux mécanismes de régulation de la transcription du gène de l'insuline: le premier via ERK1/2 (de l'anglais pour extracellular-signal-regulated protein kinases 1 and 2) et le second par l’enzyme PASK (pour per-arnt-sim kinase). Nous avons également mis en évidence l'existence d'un troisième mécanisme impliquant l'inhibition de l'expression du facteur de transcription MafA par le palmitate. Nos travaux indiquent que la contribution de la signalisation via PASK est majeure. L'expression de PASK est augmentée par le glucose et inhibée par le palmitate. Sa surexpression dans les cellules MIN6 et les îlots isolés de rats, mime les effets du glucose sur l'expression du gène de l'insuline ainsi que sur l'expression de PDX-1 et prévient les effets délétères du palmitate. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons identifié un nouveau mécanisme par lequel PASK augmente la stabilité protéique de PDX-1, soit via la phosphorylation et l'inactivation de la protéine kinase GSK3 bêta (de l'anglais pour glycogen synthase kinase 3 beta). Le glucose induit la translocation de PDX-1 du cytoplasme vers le noyau, ce qui est essentiel à sa liaison au promoteur de ses gènes cibles. L'exclusion nucléaire de PDX-1 a été observée dans plusieurs modèles ex vivo et in vivo de dysfonction de la cellule bêta pancréatique. Dans le dernier volet de cette thèse, nous avons démontré l'importance de l'utilisation de cellules primaires (îlots isolés et dispersés) pour étudier la translocation nucléaire de PDX-1 endogène étant donné que ce mode de régulation est absent dans les lignées insulino-sécrétrices MIN6 et HIT-T15. Ces études nous ont permis d'identifier et de mieux comprendre les mécanismes régulant la transcription du gène de l'insuline via le facteur de transcription PDX-1. Les cibles moléculaires ainsi identifiées pourraient contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2. Mots-clés : Diabète, îlots de Langerhans, cellule bêta pancréatique, gène de l'insuline, PDX-1, PASK, GSK3 bêta, ERK1/2, PKB, glucose, palmitate.

Étude de l’immunité mucosale génitale chez des femmes béninoises hautement exposées au VIH-1 séronégatives (HESN) et séropositives.

Introduction : Aujourd’hui, 35,3 millions de personnes vivent avec le virus de l’immunodéficience humaine (VIH)-1 dans le monde ; l’Afrique subsaharienne concentre 70% des nouvelles infections et les femmes en représentent plus de la moitié. Le mode de transmission du VIH le plus répandu est par voie mucosale génitale suite à des relations sexuelles. Le tractus génital féminin (TGF) possède un milieu immunitaire complexe qui doit contrer l’invasion par des pathogènes tout en maintenant la tolérance/contrôle de la flore normale vaginale étant sous la pression de procréation sous influence des hormones sexuelles. De plus, les mécanismes favorisant ou prévenant l’infection du TGF par le VIH ne sont pas précisément identifiés. Hypothèse : Le contexte inflammatoire mucosal génital et la résultante de dialogues intercellulaires tel qu’entre les cellules épithéliales génitales (CEG) et les cellules dendritiques myéloïdes (mDC), qui sont des premières à rencontrer le virus aux portes d’entrée mucosales, modulent l’activité des lymphocytes qui est déterminante dans le type de réponse immunitaire élaborée par l’hôte. Méthodologie : Des spécimens provenant d’une cohorte de travailleuses du sexe (TS) recrutées à Cotonou au Bénin en Afrique subsaharienne ont été analysés. Nous avons caractérisé le milieu mucosal génital féminin hautement exposé au VIH de TS séronégatives (highly exposed seronegative; HESN) en comparaison avec celui de TS séropositives. Brièvement, les liquides cervicaux-vaginaux ont été déterminés par des techniques de multiplexes/Luminex ou par ELISA et le milieu cellulaire a été décrit suite à des analyses de cytométrie en flux (phénotypage et tri cellulaire). Résultats : Nous avons observé la présence augmentée d’un facteur soluble antiviral, immunomodulateur et antiprolifératif sécrété dans le TGF des TS HESN qui est l’interféron (IFN)-α. La présence augmentée de cette cytokine suggère l’existence possible de connexions intercellulaires clés qui pourraient mener à une régulation homéostatique du compartiment immunitaire génital permettant de contrôler l’infection par le VIH-1. En étudiant l’expression de molécules impliquées dans les voies de signalisation associées à la production d’IFN-α dans les CEG et les cellules myéloïdes du TGF, nous avons pu mettre en évidence l’existence d’un microenvironnement présentant un profil «tolérogénique/régulateur» dans le TGF des TS HESN. Conclusion : Nos observations nous ont permis d’élucider certaines hypothèses sur un potentiel mécanisme d’immunité naturelle protecteur chez les TS HESN. De plus, nous sommes des premiers à décrire une population myéloïde présentant des caractéristiques de DC «tolérogéniques» de par leur expression d’interleukine (IL)-10, de human leukocyte antigen (HLA)-G et de immunoglobulin-like transcript (ILT)-4 dans le TGF de TS HESN. Cette étude aura des implications majeures dans le développement de stratégies d’interventions préventives afin de moduler des conditions inflammatoires préexistantes ainsi établissant une défense mucosale rapide et durable contre le VIH-1.

Contribution of size fractions of planktonic algae to primary organic productivity in the coastal waters of Cochin- south west coast of lndia

This thesis entitled “Contribution of size fractions of planktonic algae to primary organic productivity in the coastal waters of cochin,south west coast of india”. Marine ecosystems planktonic algae are the most important primary producers on wliich considerable attention is being given on account of their supreme status in the marine food chain.The study of primary production in the Indian Ocean started With DANA (I928-30),, John Murray t I933-34). Discovery ( I934) and Albatross (I947-48) expeditions which tried to evaluate productivity from nutrients and standing crop of phytoplankton .The bioproductivity of the marine environment is dependent on various primary producers. ranging in size from picoplankton to larger macro phytoplankton. The quantity and quality of various size fractions of planktonic algae at any locality depend mainly on the hydrographic conditions of the area .In the coastal waters of Cochin- south west coast of lndia. Planktonic algal community is composed mainly of the diatoms, the dinoflagellates, the blue-green algae and the silicoflagellates, the former two contributing the major flora and found distributed in the all size fractions. The maximum number of species of diatoms at station 1 and station 2 was found in the pre-monsoon season.. The size groups of planktonic algae greater than 53 um are dominated by filamentous- chain forming and colonial diatoms. The coastal waters of Cochin. planktonic algae less than 53 um in size contribute significantly to primary productivity and the biodiversity of the microflora, indicating the presence of rich fishery resources in the south west coast of india.The study of different size fractions of planktonic algae and their relative contribution to the primary organic production is a useful tool for the estimation of the quantity and quality of fisheries.A deeper investigation on the occurrence of these microalgae and proper identification of their species would be of immense help for the assessment of the specificity and magnitude of fishery resources.

Microbial production of antibiotics from mangrove ecosystem

The present study on "Microbial production of antibiotics from mangrove ecosystem” was carried out for a period of one year in four selected Stations, Mangalavana, Narakkal, Puthuvyppu and light house area of Puthuvyppu (9°55' — 10°10'N and 76°10‘ - 76°20'E) from January to December 1991. Though much emphasis has been given to occurrence and distribution of actinomycetes, an attempt was also made to understand the distribution patterns of other micro flora in the sediments. Data on physico-chemical parameters were also collected to find out their relationship if any with the microflora. The principle interest of the present investigation is to determineseasonal variations of antagonistic actinomycetes in selected mangrove ecosystem. The microbial interrelationship in mangrove sediments was found out by constructing the ratio between bacteria and actinomycetes, bacteria and fungi, fungi and actinomycetes. In addition temperature, pH, salinity, dissolved oxygen and organic carbon were determined seasonally and their possible relationship was statistically analyzed and the results are presented. Isolated actinomycetes were subjected to cross streak assay to know their nature of antibiotic activity against test fish pathogens and crude antibiotics were extracted from selected isolates and their inhibitory activity is studied and the results are discussed.

Cirugía bariatrica : gastrogastroplastia laparoscopica y bypass gástrico en pacientes con obesidad mórbida

La obesidad es un problema de salud global siendo la cirugía bariatrica el mejor tratamiento demostrado. El Bypass gástrico (BGYR) es el método más utilizado que combina restricción y malabsorcion; sin embargo los procedimientos restrictivos se han popularizado recientemente. La Gastro-gastroplastia produce restricción gástrica reversible por medio de un pouch gástrico con anastomosis gastrogástrica y propusimos su evaluación Métodos: Estudio retrospectivo no randomizado que evaluó archivos de pacientes con GG y BGYR laparoscópicos entre febrero de 2008 y Abril de 2011 Resultados: 289 pacientes identificados: 180 GG y 109 BGYR de los cuales 138 cumplieron criterios de inclusión, 77 (55.8%) GG y 61 (44,2%) BGYR, 18 (13%) hombres y 120 (87%) mujeres. Para GG la mediana del peso inicial fue 97,15 (± 17,3) kg, IMC inicial de 39,35 (± 3,38) kg/m2 y exceso de peso de 37,1 (±11,9). La mediana de IMC a los 1, 6 y 12 meses fue 34,8 (±3,58) kg/m2, 30,81 (±3,81) kg/m2, 29,58 (±4,25) kg/m2 respectivamente. La mediana de % PEP 1, 6 y 12 meses fue 30,9 (±14,2) %, 61,88 (±18,27) %, 68,4 (±19,64) % respectivamente. Para BGYR la mediana del peso inicial fue 108,1 (± 25,4) kg, IMC inicial 44,4 (± 8,1) y exceso de peso de 48,4 (±15,2) %. La mediana de IMC a los 1, 6 y 12 meses fue 39 (±7,5) kg/m2, 33,31 (±4,9) kg/m2, 30,9 (±4,8) kg/m2 respectivamente. La mediana de % PEP 1, 6 y 12 meses fue 25,9 (±12,9) %, 61,87 (±18,62) %, 71,41 (±21,09) % respectivamente. Seguimiento a un año Conclusiones: La gastro-gastroplastia se plantea como técnica restrictiva, reversible, con resultados óptimos en reducción de peso y alternativa quirúrgica en pacientes con obesidad. Son necesarios estudios a mayor plazo para demostrar mantenimiento de cambios en el tiempo

Cirugía bariatrica : gastrogastroplastia laparoscópica y bypass gástrico en pacientes con obesidad mórbida

La obesidad es un problema de salud global siendo la cirugía bariatrica el mejor tratamiento demostrado. El Bypass Gástrico (BGYR) es el método más utilizado que combina restricción y malabsorcion; sin embargo los procedimientos restrictivos se han popularizado recientemente. La Gastro-gastroplastia produce restricción gástrica reversible por medio de un pouch gástrico con anastomosis gastrogástrica y propusimos su evaluación Métodos: Estudio retrospectivo no randomizado que evaluó archivos de pacientes con GG y BGYR laparoscópicos entre Febrero de 2008 y Abril de 2011 Resultados: 289 pacientes identificados: 180 GG y 109 BGYR de los cuales 138 cumplieron criterios de inclusión, 77 (55.8%) GG y 61 (44,2%) BGYR, 18 (13%) hombres y 120 (87%) mujeres. Para GG la mediana del peso inicial fue 97,15 (± 17,3) kg, IMC inicial de 39,35 (± 3,38) kg/m2 y exceso de peso de 37,1 (±11,9). La mediana de IMC a los 1, 6 y 12 meses fue 34,8 (±3,58) kg/m2, 30,81 (±3,81) kg/m2, 29,58 (±4,25) kg/m2 respectivamente. La mediana de % PEP 1, 6 y 12 meses fue 30,9 (±14,2) %, 61,88 (±18,27) %, 68,4 (±19,64) % respectivamente. Para BGYR la mediana del peso inicial fue 108,1 (± 25,4) kg, IMC inicial 44,4 (± 8,1) y exceso de peso de 48,4 (±15,2) %. La mediana de IMC a los 1, 6 y 12 meses fue 39 (±7,5) kg/m2, 33,31 (±4,9) kg/m2, 30,9 (±4,8) kg/m2 respectivamente. La mediana de % PEP 1, 6 y 12 meses fue 25,9 (±12,9) %, 61,87 (±18,62) %, 71,41 (±21,09) % respectivamente. Seguimiento a un año. Conclusiones: La gastro-gastroplastia se plantea como técnica restrictiva, reversible, con resultados óptimos en reducción de peso y alternativa quirúrgica en pacientes con obesidad. Son necesarios estudios a mayor plazo para demostrar mantenimiento de cambios en el tiempo.

Perforaciones duodenales posteriores a colangiopancreatografia retrograda endoscopica (CPRE) en el hospital universitario mayor - MEDERI

Las perforaciones duodenales posteriores a colangiopancreatografía retrógrada endoscópica (POST – CPRE) son un evento raro pero que genera aumento en la morbimortalidad del paciente expuesto a este método diagnóstico y terapéutico. El principal objetivo de este trabajo es describir una serie de casos haciendo énfasis en las características sociodemográficas y las relacionadas con el diagnóstico y el manejo.

La histeria de conversión.

Descubrir en qué consiste la histeria de conversión. Analiza al hombre como unidad psicofísica, expone la historia de la histeria de la conversión, para poder definirla y explicar los factores que pueden influir en el desencadenamiento de esta enfermedad. Después describe la histeria, el comportamiento del histérico y explica la influencia del ambiente en la formación de la neurosis. 1) El ambiente que rodea al niño durante la lactancia, vida preescolar y edad escolar tiene una importancia decisiva en el desarrollo de la personalidad. Tensiones emocionales crónicas constituyen la regla en la mayoría de los países civilizados. Cada individuo pasa a través de la vida soportando un fardo pesado de tensión y ansiedad que mantienen el organismo en una constante presión que, cuando es muy intensa y persistente, altera las funciones y produce síntomas a través del sistema vegetativo en la mente, en los sentimientos, en la conducta o en una combinación de todas estas expresiones. Es entonces cuando el individuo usa sus mecanismos de defensa para no perder la normalidad. 2) Todo el organismo responde a las fuerzas emocionales en tal forma que los disturbios pueden reproducirse en cualquier parte de nuestra biología. Pueden producirse trastornos funcionales e incluso puede llegar a producir daño anatómico, tal como sucede en la úlcera duodenal. 3) La forma en que una persona reacciona ante las fuerzas emocionales provenientes del ambiente, depende de su personalidad y madurez emocional. Todo esto significa que la salud y las enfermedades mentales son manifestaciones ecológicas entre el individuo y su ambiente. El proceso de adaptación mental es influido favorable o desfavorablemente por las fuerzas emocionales y las tensiones a que estamos sometidos de manera permanente. 4) La vida es un proceso constante de ajuste a un ambiente variable. Algunos individuos se ajustan con facilidad y otros no. Esto depende de la conformación biológica y de la personalidad del individuo y de las infinita variedad de demandas que opone el ambiente. 5) Toda persona reacciona de modo distinto a los acontecimientos, de acuerdo con sus propios estímulos y capacidad de integración. Los factores sociales son enajenantes en todos los niveles y la unidad de la persona será mejor comprendida si se acepta que la misma sólo adquiere significado y sentido en un marco de convivencia social, política y económica. A la vieja patología de la histeria le agregamos hoy las llamadas enfermedades de la civilización. El hombre ha hecho grandes progresos en todos los campos de la civilización, pero a costa de esclavizarse. 1) Los efectos fisiológicos del estrés emocional sobre el sistema cardiovascular están bien demostrados y establecidos. Muchos de los pacientes que se presentan con síntomas de enfermedad cardiaca, sufren en realidad manifestaciones cardíacas de ansiedad. En la sociedad actual la aglomeración de seres humanos ha forzado el contacto personal a seres que no se conocen entre sí. La necesidad de interacción requiere ser satisfecha de manera que cada participante signifique algo como persona, nuestra sociedad provoca sentimientos de inseguridad personal y precisamente ésta es una de las causas reconocidas en la producción de la histeria. 2) Un rasgo característico de nuestra sociedad es que no satisface el deseo del hombre de significación personal, de modo que éste se siente sin importancia, aislado, es un engranaje más de la máquina que forma esta nuestra sociedad de consumo que precisamente lo que hace es consumir al hombre, degradarlo y enloquecerlo. La clase de persona que llegamos a ser está determinada, en gran medida, por la cultura en la que nos educamos, es tan evidente esta influencia que algunos llegan a considerarla un factor todo poderoso. Debemos admitir que lo que consideramos como un ser humano individual, con su capacidad para pensar y comunicarse, con sus ideales, principios y creencias, con su percepción del mundo, es un producto social. La personalidad es creada por la sociedad. La gente se ve forzada a comportarse de una determinada manera, aunque su estructura de carácter la impulsa a actuar de forma opuesta.

Distribution of diatom communities in agricultural and mining watersheds of Southwest Spain

Els sistemes aquàtics continental representen un dels ecosistemes més amenaçats a nivell mundial, com a conseqüència de l'ús intensiu quel'home en fa. La conca del Guadiana no està lliure d'aquestes pressions antròpiques. Les grans infraestructures hidràuliques i l'escorrentia provinent de l'agricultura són només exemples dels greus problemes que pateix la conca. Aquests problemes es fan especialment palesos en la zona alta de la conca, on l'escassetat d'aigua no fa més que agreujar el problema.Tot això ha generat la necessitat urgent d'avaluar l'estat de conservació d'aquests ecosistemes aquàtics continentals, poder determinar la mesura i la magnitud de les pertorbacions que els estan afectant i així proposar mesures de gestió destinades a restaurar-ne la integritat ecològica. El principal objectiu que presenta aquest és determinar els patrons de distribució de les comunitats de algals (amb una menció especial en el grup de les diatomees) i de les seves causes en la conca del Guadiana i associades, amb la finalitat d'establir i proposar eines que permetin avaluar l'estat de conservació de les masses d'aigua d'aquestes conques.

Shifts in rhizosphere microbial communities and enzyme activity of Poa alpina across an alpine chronosequence

This study quantifies the influence of Poa alpina on the soil microbial community in primary succession of alpine ecosystems, and whether these effects are controlled by the successional stage. Four successional sites representative of four stages of grassland development (initial, 4 years (non-vegetated); pioneer, 20 years; transition, 75 years; mature, 9500 years old) on the Rotmoos glacier foreland, Austria, were sampled. The size, composition and activity of the microbial community in the rhizosphere and bulk soil were characterized using the chloroform-fumigation extraction procedure, phospholipid fatty acid (PLFA) analysis and measurements of the enzymes beta-glucosidase, beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, leucine aminopeptidase, acid phosphatase and sulfatase. The interplay between the host plant and the successional stage was quantified using principal component (PCA) and multidimensional scaling analyses. Correlation analyses were applied to evaluate the relationship between soil factors (C-org, N-t, C/N ratio, pH, ammonium, phosphorus, potassium) and microbial properties in the bulk soil. In the pioneer stage microbial colonization of the rhizosphere of P. alpina was dependent on the reservoir of microbial species in the bulk soil. As a consequence, the rhizosphere and bulk soil were similar in microbial biomass (ninhydrin-reactive nitrogen (NHR-N)), community composition (PLFA), and enzyme activity. In the transition and mature grassland stage, more benign soil conditions stimulated microbial growth (NHR-N, total amount of PLFA, bacterial PLFA, Gram-positive bacteria, Gram-negative bacteria), and microbial diversity (Shannon index H) in the rhizosphere either directly or indirectly through enhanced carbon allocation. In the same period, the rhizosphere microflora shifted from a G(-) to a more G(+), and from a fungal to a more bacteria-dominated community. Rhizosphere beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, and sulfatase activity peaked in the mature grassland soil, whereas rhizosphere leucine aminopeptidase, beta-glucosidase, and phosphatase activity were highest in the transition stage, probably because of enhanced carbon and nutrient allocation into the rhizosphere due to better growth conditions. Soil organic matter appeared to be the most important driver of microbial colonization in the bulk soil. The decrease in soil pH and soil C/N ratio mediated the shifts in the soil microbial community composition (bacPLFA, bacPLFA/fungPLFA, G(-), G(+)/G(-)). The activities of beta-glucosidase, beta-xylosidase and phosphatase were related to soil ammonium and phosphorus, indicating that higher decomposition rates enhanced the nutrient availability in the bulk soil. We conclude that the major determinants of the microllora vary along the successional gradient: in the pioneer stage the rhizosphere microflora was primarily determined by the harsh soil environment; under more favourable environmental conditions, however, the host plant selected for a specific microbial community that was related to the dynamic interplay between soil properties and carbon supply. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Spatial covariation of Azotobacter abundance and soil properties: A case study using the wavelet transform

The soil microflora is very heterogeneous in its spatial distribution. The origins of this heterogeneity and its significance for soil function are not well understood. A problem for understanding spatial variation better is the assumption of statistical stationarity that is made in most of the statistical methods used to assess it. These assumptions are made explicit in geostatistical methods that have been increasingly used by soil biologists in recent years. Geostatistical methods are powerful, particularly for local prediction, but they require the assumption that the variability of a property of interest is spatially uniform, which is not always plausible given what is known about the complexity of the soil microflora and the soil environment. We have used the wavelet transform, a relatively new innovation in mathematical analysis, to investigate the spatial variation of abundance of Azotobacter in the soil of a typical agricultural landscape. The wavelet transform entails no assumptions of stationarity and is well suited to the analysis of variables that show intermittent or transient features at different spatial scales. In this study, we computed cross-variograms of Azotobacter abundance with the pH, water content and loss on ignition of the soil. These revealed scale-dependent covariation in all cases. The wavelet transform also showed that the correlation of Azotobacter abundance with all three soil properties depended on spatial scale, the correlation generally increased with spatial scale and was only significantly different from zero at some scales. However, the wavelet analysis also allowed us to show how the correlation changed across the landscape. For example, at one scale Azotobacter abundance was strongly correlated with pH in part of the transect, and not with soil water content, but this was reversed elsewhere on the transect. The results show how scale-dependent variation of potentially limiting environmental factors can induce a complex spatial pattern of abundance in a soil organism. The geostatistical methods that we used here make assumptions that are not consistent with the spatial changes in the covariation of these properties that our wavelet analysis has shown. This suggests that the wavelet transform is a powerful tool for future investigation of the spatial structure and function of soil biota. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Shifts in rhizosphere microbial communities and enzyme activity of Poa alpina across an alpine chronosequence

This study quantifies the influence of Poa alpina on the soil microbial community in primary succession of alpine ecosystems, and whether these effects are controlled by the successional stage. Four successional sites representative of four stages of grassland development (initial, 4 years (non-vegetated); pioneer, 20 years; transition, 75 years; mature, 9500 years old) on the Rotmoos glacier foreland, Austria, were sampled. The size, composition and activity of the microbial community in the rhizosphere and bulk soil were characterized using the chloroform-fumigation extraction procedure, phospholipid fatty acid (PLFA) analysis and measurements of the enzymes beta-glucosidase, beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, leucine aminopeptidase, acid phosphatase and sulfatase. The interplay between the host plant and the successional stage was quantified using principal component (PCA) and multidimensional scaling analyses. Correlation analyses were applied to evaluate the relationship between soil factors (C-org, N-t, C/N ratio, pH, ammonium, phosphorus, potassium) and microbial properties in the bulk soil. In the pioneer stage microbial colonization of the rhizosphere of P. alpina was dependent on the reservoir of microbial species in the bulk soil. As a consequence, the rhizosphere and bulk soil were similar in microbial biomass (ninhydrin-reactive nitrogen (NHR-N)), community composition (PLFA), and enzyme activity. In the transition and mature grassland stage, more benign soil conditions stimulated microbial growth (NHR-N, total amount of PLFA, bacterial PLFA, Gram-positive bacteria, Gram-negative bacteria), and microbial diversity (Shannon index H) in the rhizosphere either directly or indirectly through enhanced carbon allocation. In the same period, the rhizosphere microflora shifted from a G(-) to a more G(+), and from a fungal to a more bacteria-dominated community. Rhizosphere beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, and sulfatase activity peaked in the mature grassland soil, whereas rhizosphere leucine aminopeptidase, beta-glucosidase, and phosphatase activity were highest in the transition stage, probably because of enhanced carbon and nutrient allocation into the rhizosphere due to better growth conditions. Soil organic matter appeared to be the most important driver of microbial colonization in the bulk soil. The decrease in soil pH and soil C/N ratio mediated the shifts in the soil microbial community composition (bacPLFA, bacPLFA/fungPLFA, G(-), G(+)/G(-)). The activities of beta-glucosidase, beta-xylosidase and phosphatase were related to soil ammonium and phosphorus, indicating that higher decomposition rates enhanced the nutrient availability in the bulk soil. We conclude that the major determinants of the microllora vary along the successional gradient: in the pioneer stage the rhizosphere microflora was primarily determined by the harsh soil environment; under more favourable environmental conditions, however, the host plant selected for a specific microbial community that was related to the dynamic interplay between soil properties and carbon supply. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.