A study on the phylogeny and the ecology of ammonia-oxidizing bacteria using a new molecular marker based on the gene amoB

L'agricultura i la industrialització han causat un augment significatiu del nombre d'ambients rics en amoni. La presència de compostos nitrogenats redueix la qualitat de l'aigua, causant problemes de toxicitat, deteriorant el medi ambient i fins i tot afectant la salut humana. En conseqüència, la nitrificació s'ha convertit en un procés global que afecta al cicle del nitrogen a la biosfera. Els bacteris oxidadors d'amoni (AOB) són els responsables de l'oxidació de l'amoni a nitrit, i juguen un paper essencial en el cicle del nitrogen. Els primers oxidadors d'amoni foren aïllats a finals del segle XIX, però la lentitud del seu creixement i les dificultats per cultivar-los feren que fins als anys 80, amb els primers estudis emprant el gen 16SrDNA, no s'assolís un coneixement complert d'aquest grup bacterià. Actualment les bases de dades contenen multitud d'entrades amb seqüències corresponents a AOB. L'objectiu d'aquest treball era trobar, desenvolupar i avaluar eines útils i fiables per a l'estudi dels AOB en mostres ambientals. En aquest treball primer descrivim la utilització de la hibridació in situ amb fluorescència (FISH), mitjançant l'aplicació de sondes amb diana en el 16SrRNA dels AOB. La FISH ens va permetre detectar i recomptar aquest grup bacterià; no obstant, aquest mètode no permetia la detecció de noves seqüències, pel que es necessitava una nova eina. Amb aquesta intenció vam aplicar la seqüència de la sonda Nso1225 en una PCR. El fet d'amplificar específicament un fragment del 16SrDNA dels AOB va suposar el desenvolupament d'una nova eina molecular que permetia detectar la presència i diversitat d'aquests bacteris en ambients naturals. Malgrat tot, algunes seqüències pertanyents a bacteris no oxidadors d'amoni del subgrup β dels proteobacteris, eren també obtingudes amb aquesta tècnica. Així mateix, un dels inconvenients de l'ús del 16SrDNA com a marcador és la impossibilitat de detectar simultàniament els AOB que pertanyen als subgrups β i γ dels proteobacteris. El gen amoA, que codifica per la subunitat A de l'enzim amoni monooxigenasa (AMO), era aleshores àmpliament utilitzat com a marcador per a la detecció dels AOB. En aquest treball també descrivim la utilització d'aquest marcador en mostres procedents d'un reactor SBR. Aquest marcador ens va permetre identificar seqüències de AOB en la mostra, però la necessitat de detectar amoA mitjançant clonatge fa que l'ús d'aquest marcador requereixi massa temps per a la seva utilització com a eina en estudis d'ecologia microbiana amb moltes mostres. Per altra banda, alguns autors han assenyalat l'obtenció de seqüències de no AOB en utilitzar amoA en un protocol de PCR-DGGE. Amb la finalitat d'obtenir una eina ràpida i rigorosa per detectar i identificar els AOB, vam desenvolupar un joc nou d'oligonucleòtids amb diana en el gen amoB, que codifica per a la subunitat transmembrana de l'enzim AMO. Aquest gen ha demostrat ser un bon marcador molecular pels AOB, oferint, sense tenir en compte afiliacions filogenètiques, una elevada especificitat, sensibilitat i fiabilitat. En aquest treball també presentem una anàlisi de RT-PCR basada en la detecció del gen amoB per a la quantificació del gènere Nitrosococcus. El nou joc d'oligonucleòtids dissenyat permet una enumeració altament específica i sensible de tots els γ-Nitrosococcus coneguts. Finalment, vam realitzar un estudi poligènic, comparant i avaluant els marcadors amoA, amoB i 16SrDNA, i vàrem construir un arbre filogenètic combinat. Com a resultat concloem que amoB és un marcador adequat per a la detecció i identificació dels AOB en mostres ambientals, proporcionant alhora agrupacions consistents en fer inferències filogenètiques. Per altra banda, la seqüència sencera del gen 16S rDNA és indicada com a marcador en estudis amb finalitats taxonòmiques i filogenètiques en treballar amb cultius purs de AOB.

The role of fungi and bacteria on the organic matter decomposition process in streams: interaction and relevance in biofilms

L'objectiu d'aquest estudi és el d'investigar sobre l'ús de matèria orgànica per part dels fongs i bacteris que colonitzen diferents substrats bentònics en rius Mediterranis i analitzar l'efecte dels factors ambientals i antròpics sobre l'estabilitat estructural i funcional de les comunitats del biofilm. La metodologia emprada en aquest estudi consisteix en: i) anàlisi de la biomassa bacteriana i fúngica, ii) anàlisi de la composició de les comunitats bentòniques (identificació d'hifomicets aquàtics i anàlisi del 16S rDNA bacterià), i iii) anàlisi de l'activitat enzimàtica extracel·lular relacionada amb el reciclatge de matèria orgànica en rius.

Lactic acid bacteria as bioprotective agents against foodborne pathogens and spoilage microorganisms in fresh fruits and vegetables

La present tesi doctoral es centra en l'aplicació dels bacteris de l'àcid lactic (BAL) com a agents bioprotectors davant microorganismes patògens i deteriorants.Es van aïllar i seleccionar BAL de fruites i hortalisses fresques i es van assajar in vitro davant 5 microorganismes fitopatògens i 5 patògens humans.Es van realitzar assajos d'eficàcia en pomes Golden Delicious amb tots els aïllats enfront les infeccions causades pel fong Penicillium expansum. La soca més eficaç era Weissella cibaria TM128, que reduïa el diàmetre de les infeccions en un 50%.Les soques seleccionades es van assajar enfront els patògens Salmonella typhimurium, Escherichia coli i Listeria monocytogenes en enciams Iceberg i pomes Golden Delicious.Els BAL interferien eficientment amb el creixemet de S. typhimurium, and L. monocytogenes, però van mostrar poc efecte enfront E. coli.Finalment, es van realitzar assajos dosi-resposta amb les soques Leuconostoc mesenteroides CM135, CM160 and PM249 enfront L. monocytogenes. De totes les soques assajades, la soca CM160 va ser la més efectiva.

Influence of sodium chloride on seed germination and seedling root growth of cotton (Gossypium hirsutum L.)

Response of cotton (Gossypium hirsutum L. cv. NIAB-78) to salinity, in terms of seed germination, seedling root growth and root Na+ and K+ content was determined in a laboratory experiment. Cotton seeds were exposed to increasing salinity levels using germination water with Sodium chloride concentrations of 0, 50, 100, 150 and 200 mM, to provide different degrees of salt stress. Germinated seeds were counted and roots were harvested at 24, 48, 72 and 96 h after the start of the experiment. It appeared that seed germination was only slightly affected by an increase in salinity (in most cases the differences between treatment were non-significant), whereas root length, root growth rate, root fresh and dry weights were severely affected, generally highly significant differences in these variables were found for comparisons involving most combinations of salinity levels, in particular with increased incubation period. K+ contents decreased with increasing salinity levels, although differences in K+ content were only significant when comparing the control and the 4 salinity levels. Na+ content of the roots increased with increasing levels of NaCl in the germination water, suggesting an exchange of K+ for Na+. The ratio K+/Na+ strongly decreased with rising levels of salinity from around 4.5 for the control to similar to 1 at 200 mM NaCl.

Measuring root traits in barley (Hordeum vulgare ssp vulgare and ssp spontaneum) seedlings using gel chambers, soil sacs and X-ray microtomography

Root characteristics of seedlings of five different barley genotypes were analysed in 2D using gel chambers, and in 3D using soil sacs that were destructively harvested and pots of soil that were assessed non-invasively using X-ray microtomography. After 5 days, Chime produced the greatest number of root axes (similar to 6) and Mehola significantly less (similar to 4) in all growing methods. Total root length was longest in GSH01915 and shortest in Mehola for all methods, but both total length and average root diameter were significantly larger for plants grown in gel chambers than those grown in soil. The ranking of particular growth traits (root number, root angular spread) of plants grown in gel plates, soil sacs and X-ray pots was similar, but plants grown in the gel chambers had a different order of ranking for root length to the soil-grown plants. Analysis of angles in soil-grown plants showed that Tadmore had the most even spread of individual roots and Chime had a propensity for non-uniform distribution and root clumping. The roots of Mehola were less well spread than the barley cultivars supporting the suggestion that wild and landrace barleys tend to have a narrower angular spread than modern cultivars. The three dimensional analysis of root systems carried out in this study provides insights into the limitations of screening methods for root traits and useful data for modelling root architecture.

Host plant recognition by the root feeding clover weevil, Sitona lepidus (Coleoptera : Curculionidae)

This study investigated the ability of neonatal larvae of the root-feeding weevil, Sitona lepidus Gyllenhal, to locate white clover Trifolium repens L. (Fabaceae) roots growing in soil and to distinguish them from the roots of other species of clover and a co-occurring grass species. Choice experiments used a combination of invasive techniques and the novel technique of high resolution X-ray microtomography to non-invasively track larval movement in the soil towards plant roots. Burrowing distances towards roots of different plant species were also examined. Newly hatched S. lepidus recognized T. repens roots and moved preferentially towards them when given a choice of roots of subterranean clover, Trifolium subterraneum L. (Fabaceae), strawberry clover Trifolium fragiferum L. (Fabaceae), or perennial ryegrass Lolium perenne L. (Poaceae). Larvae recognized T. repens roots, whether released in groups of five or singly, when released 25 mm (meso-scale recognition) or 60 mm (macro-scale recognition) away from plant roots. There was no statistically significant difference in movement rates of larvae.