Les Lémuriformes utilisés dans cette étude comprennent des représentants de la plupart des genres de Lemuridae (Eulemur, Hapalemur, Varecia), d'Indriidae (Indri, Propithecus, Avahi), de Lepilemuridae, de Cheirogaleidae (Cheirogaleus, Microcebus, Mirza), de Daubentonia. Un sub fossile (Megaladapis edwardsi) est également inclus dans l'analyser, ainsi que deux espèces de Tupaia. Les reconstructions phylogénétiques sont effectuées à partir, soit d'un fragment de 357 bp issu du cytochrome b, soit à partir d'un fragment de 393 bp du 12S rRNA, soit à partir d'une combinaison des deux fragments précédents, en utilisant différentes méthodes (Neighbor-Joining, Maximum Likelihood, Maximum Parsimony, Parsimony Ratchet, Quarter Puzzeling). Ces reconstructions sont comparées par des tests LTR (Likelihood Test Ratio) et des tests 'quatre clusters'. L'arbre phylogénétique les plus 'crédible' est alors: ((Cheirogaleidae, (Indriidae, (Lepilemuridae, Megaladapis)), ((Eulemur, Hapalemur), Varecia)), (Daubentonia, Tupaia)) L'association trouvée entre Daubentonia et Tupaia peut indiquer l'existence de deux colonisations distinctes de Madagascar par les Lemuriformes, l'une ayant donné naissance à la lignée des Daubentonia et l'autre à l'ensemble des autres Strepsirhini malgaches. Le sub fossile Megaladapis edwardsi se trouve groupé avec les Lepilemuridae et cet ensemble apparaît comme le cluster frère de celui formé par les Indriidae. Il a également été possible de montrer que les différentes séquences étudiées évoluaient sous des horloges moléculaires locales. Enfin les dates de divergence des principaux groupes ont pu être déterminées. La séparation la plus ancienne (voisine de 60 millions d'années) est trouvée pour la divergence entre Daubentonia et Tupaia; alors que la plus récente (voisine de 11 millions d'années) est celle impliquant le Megaladapis et les Lepilemuridae. Pour les autres groupes les dates de divergence se répartissent entre 48 et 29 millions d'années.

The meals from many oilseed crops contain biocidal chemicals that are known to inhibit the growth and activity of several soil pathogens, though little is known concerning impacts on whole soil microbial communities. We investigated the effect of oilseed meals (SMs) from both brassicaceous plants, including mustard and camelina, as well as non-brassicaceous plants, including jatropha and flax, on P. omnivora (the casual agent of cotton root rot) in Branyon clay soil (at 1 and 5% application rates). We also investigated the effect of SMs from camelina, jatropha, flax, and wheat straw on microbial communities in Weswood loam soil. We also used four types of isothiocyanates (ITCs) including allyl, butyl, phenyl, and benzyl ITC to test their effects on P. omnivora growth on potato dextrose agar (PDA), as well as on soil microbial communities in a microcosm study. Community qPCR assays were used to evaluate relative abundances of soil microbial populations. Soil microbial community composition was determined through tag-pyrosequencing using 454 GS FLX titanium technology, targeting ITS and 16S rRNA gene regions for fungal and bacterial communities, respectively. The results showed that all tested brassicaceous and jatropha SMs were able to inhibit P. omnivora sclerotial germination and hyphal growth, with mustard SM being the most effective. Flax didn't show any inhibitory effects on sclerotial germination. All tested ITCs inhibited P. omnivora OKAlf8 hyphal growth, and the level of inhibition varied with concentration and ITC type. Total soil fungal populations were reduced by ITC addition, and microbial community compositions were changed following SM and ITC application. These changes varied according to the type of SM or ITC added. Our results indicated that SMs of several brassicaceous species as well as jatropha may have potential for reducing cotton root rot as well as some other pathogens. Different SMs releasing varied ITCs may result in differential impacts on soil microorganisms including some pathogens.

The studies reported in this thesis address, firstly, aspects of ribosome recycling in eubacteria, and secondly, a preliminary characterization of an EFG-like locus from Mycobacterium smegmatis. A hitherto unsuspected role of the ribosome recycling factor in governing the fidelity of initiation has been discovered during the course of this work. A summary of the relevant literature is presented in chapter 1. Section I of the ‘General Introduction’ provides a brief review of the current understanding of protein biosynthesis, with a special emphasis on ribosome recycling and the fidelity of translation initiation. Section II provides a brief introduction to mycobacterial translation, and known deviations from the E. coli prototype are highlighted. This is followed by three chapters containing experimental work, as summarized below. (i) Role of elongation factor G in governing specificity of ribosome recycling In eubacteria and the eukaryotic organelles, the post-termination ribosome complexes are recycled by the combined action of ribosome recycling factor (RRF) and elongation factor G (EFG). Earlier studies both from our laboratory and other laboratories have revealed the existence of specific interactions between RRF and EFG that are crucial for ribosome recycling, using ribosomes from E. coli and factors from both E. coli and heterologous sources such as Mycobacterium tuberculosis, Thermus thermophilus etc. In this study, to further understand the mechanism of ribosome recycling, we employed polysomes from both E. coli and M. smegmatis and monitored ribosome recycling in in vitro assays using RRF and EFG from both these sources; in addition, in vivo assays were performed in E. coli using either temperature-sensitive strains or strains carrying a deletion in frr (encoding RRF) or fusA (encoding EFG) genes. It was found that, in E. coli, RRF from Mycobacterium tuberculosis and M. smegmatis function with MtuEFG or MsmEFG but not with EcoEFG. In vitro assays revealed that the mycobacterial EFGs facilitate recycling of both the mycobacterial and E. coli polysomes not only with mycobacterial RRFs but also with EcoRRF. In contrast, although EcoEFG binds to mycobacterial polysomes, carries out GTP hydrolysis and is reported to sustain translocation on mycobacterial ribosomes, its activity in recycling mycobacterial polysomes was undetectable with EcoRRF, as well as with the mycobacterial RRFs. Such an observation allowed us to infer that EFG establishes specific interactions with the ribosome that are crucial for ribosome recycling but not for translocation, suggesting that translocation and ribosome recycling are distinct functions of EFG. In addition, a number of EFG chimeras generated by swapping corresponding domains between Msm- and Eco-EFGs were analyzed for their ability to sustain translocation and/or ribosome recycling in E. coli and M. smegmatis, using a combination of in vivo (for E. coli) and in vitro (for both E. coli and M. smegmatis) approaches. Our observations reveal that a dual set of specific interactions of EFG with RRF and ribosome is essential for ribosome recycling. While the RRF-EFG specific interactions are predominantly localized to the domains IV and V of EFG, the EFG-ribosome specific interactions that are crucial for ribosome recycling are not localized to a specific region of EFG but are found throughout the molecule. Our novel observations also emphasize the importance of using ribosomes from heterologous sources to understand the mechanism of this crucial process. (ii) Impact of rRNA methylations on ribosome recycling and fidelity of initiation in Escherichia coli Ribosomal RNA (rRNA) contains a number of modified nucleosides in functionally important regions including the intersubunit bridge regions; however, very little is known about the role of these rRNA modifications in ribosome function. As the activity of ribosome recycling factor (RRF) in separating the large and the small subunits of the ribosome involves disruption of the intersubunit bridges, we investigated the impact of rRNA methylations on ribosome recycling. The isolation of a folD122 mutant strain of E. coli with a deficiency in rRNA methylations, as well as the availability of E. coli strains deficient for various individual methyltransferases that modify specific rRNA residues, provided us with a genetic tool to assay the role of rRNA methylations in ribosome recycling. We observed that deficiency of rRNA methylations, especially at positions 1518 and 1519 of 16S rRNA near the interface with the 50S subunit and in the vicinity of the IF3 binding site, adversely affects the efficiency of RRF-mediated ribosome recycling. In addition, a compromise in the RRF activity was found to afford increased initiation with a mutant tRNAfMet wherein the three consecutive G-C base pairs (29GGG31:39CCC41), a highly conserved feature of the initiator tRNAs, were mutated to those found in the elongator tRNAMet (29UCA31:39ψGA41). This observation has allowed us to uncover a new role of RRF as a factor that contributes to fidelity of initiator tRNA selection on the ribosome. In addition, it was also found that IF3 and rRNA methylations, both of which are known to affect fidelity of initiation, exert their effects through distinct mechanisms, despite the proximity of a cluster of methylated rRNA residues to the IF3 binding site on the 30S subunit. (iii) Characterization of the role of EFG2, an EFG-like locus in Mycobacterium smegmatis Several bacteria, including various species of mycobacteria (with the exception of Mycobacterium leprae) contain a second EFG-like locus, denoted as fusA2, which shows considerable homology to fusA (encoding EFG). A comparison of the sequences of EFG and EFG2 from various bacteria reveals that EFG2 contains a GTPase domain and domains with significant homology to EFG domains IV and V, suggesting that it may function as an elongation factor. With the single exception of a recent study on Thermus thermophilus EFG2, this class of EFG-like protein factors has not been studied so far. Hence, it was of interest to characterize EFG2. In the current study, EFG2 from M. smegmatis was characterized both by in vitro biochemical assays as well as by in vivo experiments targeted to investigate the biological significance of EFG2 in mycobacteria. It was found that, unlike EFG, MsmEFG2 could not sustain either translocation or ribosome recycling in E. coli. Despite the fact that the purified MsmEFG2 could bind guanine nucleotides, it lacked the ribosome-dependent GTPase activity characteristic of EFG and other translation GTPases, suggesting that it was unlikely to function as an elongation factor. However, EFG2 was found to be expressed in stationary phase cultures of M. smegmatis. To understand the biological significance of EFG2, fusA2 was disrupted in M. smegmatis. The viability of the M. smegmatis mc2155 fusA2::kan derivative indicates that MsmfusA2 is a non-essential gene. While disruption of the fusA2 gene (encoding EFG2) in M. smegmatis does not appear to affect its growth and survival in log phase or stationary phase or under hypoxic conditions, preliminary experiments indicate that disruption of fusA2 confers a fitness disadvantage to M. smegmatis when competed against M. smegmatis mc2155 (with wild type fusA2 locus).

Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. / Στα βακτήρια, η μεγάλη ριβοσωματική υπομονάδα αποτελείται από δύο είδη RNA, το 23S και το 5S rRNA, καθώς και 33 πρωτεΐνες. Ο σχηματισμός του πεπτιδικού δεσμού και η απελευθέρωση της πεπτιδικής αλυσίδας επιτελούνται στη μεγάλη υπομονάδα, όπου εδράζεται το καταλυτικό κέντρο της πεπτιδυλοτρανσφεράσης (PTase). Εκτός αυτού, η μεγάλη υπομονάδα περιλαμβάνει το κέντρο προσδέσεως των μεταφραστικών παραγόντων, το οποίο πυροδοτεί τη GTPase δραστηριότητα των G-πρωτεϊνικών παραγόντων, που εμπλέκονται στη μετατόπιση των υποστρωμάτων και άλλες ριβοσωματικές λειτουργίες. Έχει υποτεθεί ότι το 5S rRNA παίζει ουσιώδη ρόλο στη συγκρότηση του κέντρου της PTase και στη μετάδοση σημάτων μεταξύ του καταλυτικού κέντρου και των ριβοσωματικών συστατικών που διεκπεραιώνουν τη μετατόπιση των υποστρωμάτων. Το ιοντικό περιβάλλον φαίνεται να επηρεάζει καθοριστικά τη διαμόρφωση του 5S rRNA. Για παράδειγμα, έχει βρεθεί ότι οι πολυαμίνες δεσμεύονται εκλεκτικά στο 5S rRNA και επηρεάζουν τη δραστικότητα του έναντι του διμεθυλο-θεϊκού, ενός αντιδραστηρίου-ιχνηθέτη της τριτοταγούς δομής του RNA. Αρχικά ελέγξαμε αν υπάρχουν εξειδικευμένες θέσεις πρόσδεσης των πολυαμινών στο 5S rRNA. Στη συνέχεια, με σκοπό να ελέγξουμε αν η πρόσδεση των πολυαμινών επηρεάζει τη λειτουργία του 5S rRNA, 70S ριβοσώματα προγραμματισμένα με πολύ-ουριδυλικό σχηματίσθηκαν από 50S υπομονάδες, ολικά ή εκλεκτικά φωτοσημασμένες με ένα φωτοδραστικό ανάλογο της σπερμίνης και από 30S ακατέργαστες υπομονάδες. Αυτά τα ριβοσώματα είχαν την ικανότητα να δεσμεύουν AcPhe-tRNA ελαφρώς ισχυρότερα, σε σύγκριση με ριβοσώματα συγκροτημένα από φυσικά συστατικά, μη περιέχοντα πολυαμίνες. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι η πρόσδεση πολυαμινών στο 5S rRNA επηρεάζει, σε μικρό βαθμό, τη λειτουργία του παράγοντα επιμήκυνσης EF-Tu. Συζευγμένα, όμως, τα εν λόγω ριβοσώματα με tRNAPhe στην Ε-θέση και AcPhe-tRNAστην Ρ-θέση, επέδειξαν ισχυρότερη καταλυτική δραστικότητα και αυξημένη ικανότητα για μετατόπιση των υποστρωμάτων. Τα αποτελέσματα αυτά εισηγούνται σημαντική εμπλοκή των πολυαμινών στο λειτουργικό ρόλο του 5S rRNA κατά την κατάλυση και μετατόπιση των υποστρωμάτων. / In bacteria, the large ribosomal subunit comprises two RNA species, 23S and 5S rRNA, and 33 proteins. Peptide bond formation and peptide release are catalyzed by the large subunit, where the peptidyltransferase (PTase) center is located. In addition to this center, which triggers the GTPase activities of G-protein factors involved in translocation and other ribosomal functions. It has been hypothesized that 5S rRNA plays essential role in assembling the PTase center and mediating signal transmissions between this center and the translocation machinery. Furthermore, the ionic environment seems to affect the conformation of 5S rRNA. For instance, polyamines have been found to bind specifically to 5S rRNA and influence the 5S rRNA reactivity towards dimethyl-sulfate (DMS), a chemical probe of RNA tertiary structure. Initially we examined whether there are specific sites for binding of polyamines. To test whether the binding of polyamines influence the function of 5S rRNA poly(U)-programmed 70S ribosomes were reconstituted from 50S subunits, totally or specifically photolabelled in their 5S rRNA with a photoreactive analogue of spermine, and native 30S subunits. These ribosomes were found to enzymatically bind AcPhe-tRNA better than ribosomes reconstituted from native components. This means, that furnishing 5S rRNA with spermine slightly influences the elongation factor EF-Tu function. However, equipped with tRNAPhe at the A-site and AcPhe-tRNA at the P-site, these ribosomes exhibited higher catalytic activity and enhanced tRNA translocation efficiency. These results suggest an essential impact of polyamines on the functional role of 5S rRNA in catalysis and translocation of translation substrates.

Human biotherapy (HBT) or fecal transplants have been shown to be an effective treatment for patients with recurrent Clostridium difficile infection (CDI). This study examines the microbial populations present in CDI patients pre- and post-HBT by extracting bacterial DNA from stool samples and performing pyrosequencing of the 16S rRNA gene. We then compared these microbial populations to those of the donors. We examined 19 pairs of patient samples, of which 14 were clinically cured of CDI, and 5 patients were failures. The successful treatment of CDI was associated with an increase in diversity and richness of the patient's fecal microbiome. The majority of those cured showed an increase in the proportion of Firmicutes and decrease in the proportion of Proteobacteria, although varying antibiotic exposure and innate variability between patients was observed. / MSc thesis / NSERC, CIHR, St. Joseph's Healthcare Hamilton

Biofilme sind eine der widerstandsfähigsten Formen mikrobiellen Lebens. Ihr frühzeitiges Auftreten in der Erdgeschichte konnte durch Stromatolithfunde bewiesen werden. Heutige Biofilme und mikrobielle Matten bieten somit eine Möglichkeit wichtige Einblicke und Erkenntnisse über das erste Leben auf unserem Planeten zu geben. In dieser Arbeit wurden die prokaryotischen Lebensgemeinschaften von verschiedenen Ökosystemen mittels metagenomischer und metatranskriptomischer Methoden analysiert. Mithilfe von „Next-Generation Sequencing“ wurden 16S rRNA Genanalysen, metatranskriptomische Analysen und funktionsbasierte Durchmusterungen von Fosmid-Metagenombanken durchgeführt. Die bakterielle Zusammensetzung und Diversität von kalzifizierenden Biofilmen und dem unterliegenden Kalktuff des Frischwasserbachs Westerhöfer Bach wurden analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass der Biofilm hauptsächlich von filamentösen Cyanobacteria, aeroben Vertretern aus allen Klassen der Proteobacteria und Chloroflexi bevölkert wurde. Die bakterielle Diversität nahm flussabwärts zu, was auf Änderungen der physikochemischen Parameter zurückgeführt wird. Aufgrund geringerer UV-Einstrahlung waren im Kalktuff mehr Proteobacteria als Cyanobacteria vorhanden. Des Weiteren gab es deutliche Unterschiede zwischen den relativen Abundanzen der gesamten und aktiven proteobakteriellen Klassen im Biofilm. Die aktiven Funktionen der Biofilm-Mikrobiota einer Westerhöfer Bach Probe wurden mittels metatranskriptomischer Methoden genauer analysiert. Die meisten Transkripte der mikrobiellen Biofilmgemeinschaft umfassten Gene der Photosynthese, des Proteinmetabolismus, des Kohlenstoffmetabolismus und der Zellatmung. Um das metagenomische Potential des Westerhöfer Bach Biofilms zu erschließen, wurden vier „large-insert“ Metagenombanken konstruiert. Funktionsbasierende Durchmusterungsverfahren führten zur Identifikation von fünf bisher unbekannten Genen, die für proteolytische Enzyme kodieren und einem Gen-Cluster, welches für cellulolytische Enzyme kodiert. Bei dem zweiten untersuchten Habitat handelt es sich um eine mikrobielle Matte des hypersalinen Lake 21 auf Kiritimati. Die Mikrobialith-bildende Matte besteht aus neun klar abgegrenzten, unterschiedlich gefärbten Lagen, welche separat auf ihre bakterielle und archaelle Zusammensetzung analysiert wurden. Anhand der prokaryotischen Zusammensetzung und dem Sauerstoff- und Lichtgradienten ergab sich eine Einteilung der mikrobiellen Matte in drei Zonen. Im Allgemeinen erhöhte sich die prokaryotische Diversität mit Tiefe der Matte, wohingegen das Redoxpotential und der pH-Wert sanken. Passend zu den hydrochemischen Daten änderte sich die prokaryotische Zusammensetzung von der photisch-oxischen Zone, welche aus halophilen, oxygenen und anoxygenen Phototrophen und aeroben Heterotrophen bestand, zu Sulfat-reduzierenden Bakterien (SRB), Fermentierern und potentiell Sulfat-reduzierenden Archaeen in der Übergangszone. In der anoxischen Zone konnten hauptsächlich SRB, Fermentierer, Ammonium-oxidierende Archaea und geringe Mengen methanogene Archaeen detektiert werden. Von den kenianischen Natronseen Bogoria, Sonachi, Elementeita und Magadi wurde die prokaryotische Zusammensetzung und Diversität von Boden-, Sediment-, Wasser-, und mikrobiellen Mattenproben analysiert. Hier zeigte sich, dass Boden- sowie Sedimentproben hauptsächlich von Proteobacteria, Gemmatimonadetes, Firmicutes, Actinobacteria, Acidobacteria und Bacteroidetes bevölkert wurden, wohingegen in den Wasserproben Cyanobacteria vorherrschten. Die Archaeen wurden überwiegend von unterschiedlichen Vertretern der Halobacteria repräsentiert. In den humiden Proben wurden außerdem methanogene Archaeen und Thaumarchaeota nachgewiesen. Letztlich wurde in dieser Arbeit die bakterielle Zusammensetzung des Biofilms und des dazugehörigen Planktons von mikrobiellen Brennstoffzellen (MBZ) untersucht. Der erzeugte Datensatz demonstrierte, dass die aktive und gesamte bakterielle Lebensgemeinschaft in den einzelnen Replikaten minimal variierte. Generell zeigte sich, dass stromproduzierende MBZ eine niedrigere bakterielle Diversität aufwiesen als nicht stromproduzierende MBZ. Des Weiteren zeigte die Analyse, dass bisher unkultivierte Vertreter der Spezies Geobacter und Clostridium mit der Stromproduktion verbunden waren.

The import of yeast tRNALys (tRK1) into human mitochondria in the presence of cytosolic extract suggests that human cell possesses machinery for tRK1 import. Here, we show that precursor of mitochondrial lysyl-tRNA synthetase (preKARS2) interact with tRK1 and its derivatives containing tRK1 import determinants, and facilitates their import into isolated mitochondria and in vivo, when preKARS2 was overexpressed or downregulated. tRK1 import efficiency increased upon addition of glycolytic enzyme enolase, previously found as an actor of RNA import in yeast. We found that tRK1 and its derivatives translocate into mitochondrial matrix in polynucleotide phosphorylase (PNPase) dependent manner. Furthermore, a point mutation preventing trimerization of PNPase affect import of 5S rRNA and MRP RNA into mitochondria and subsequently mitochondrial translation. Overexpression of the wild-type PNPase induced an increase of 5S rRNA import into mitochondria and rescued translation.

The western embayment of Lake Ontario, Hamilton Harbour, is one of the most polluted sites in the Laurentian Great Lakes and in recent years has seen a reoccurrence of cyanobacterial blooms. This study uses a multidisciplinary approach to examine the presences of toxic Cyanobacteria in the harbour in order to gain insight into these recurrent blooms. Microscopic analyses of phytoplankton samples collected during the 2009 summer-fall sampling season from two locations within the harbour showed the spatial and seasonal diversity of the contemporary cyanobacterial community. Microcystis colonies relative abundances in relation to total algal numbers were estimated. The lowest and highest relative abundances of Microcystis in the phytoplankton population were 0.6% and 9.7%, respectively, and showed seasonal variability between stations. Fourteen cyanobacterial genera comprising six families and three orders were identified and for which the most abundant filamentous genera during the summer-fall sampling season were Planktothrix, Aphanizomenon and Limnothrix. Potential microcystin producers Microcystis, Planktothrix, Aphanizomenon and Dolichospermum were also present and during the sampling period Microcystis was recorded at both stations on all dates, however, its relative abundance was below 10 % throughout the study period. The composition and abundance of filamentous cyanobacteria were observed to be positively statistically correlated to water quality environmental parameters dissolved nitrates (NO3/NO2), dissolved inorganic carbon (DIC), and conductivity. Redundancy analysis (RDA) found that 53.35% total variance of Aphanizomenon was correlated to low water column NO3/NO2 and conductivity, and higher water column DIC. 58.13% of the relative abundance of Planktothrix was correlated to high concentrations of dissolved nitrates, while 51.69% of total variance of Limnothrix was correlated to higher DIC and lower water column dissolved nitrate concentrations. Information about past cyanobacterial communities was obtained from the sediment core analysis, using paleolimnological and modern molecular methods. The age of the 100.5 cm long sediment core retrieved from the deepest part of Hamilton Harbour was established to be 140 years (1869-2009), using the Constant Rate of Supply (CRS) 210Pb age model. This age was not sufficient to provide information of harbour’s environmental conditions, presence of the blooms, and triggers for their occurrence before European settlement in the area. Results of the HPLC analysis of fossil pigments indicated that the dominant members of the algal community have not changed over the 140 years and that cyanobacteria were regular members of the phytoplankton community. The composition of the major chlorophyll pigments indicated high presence of Chlorophyta and Bacillariophyta in the harbour at all times. The main algal groups identified on the basis of marker pigments presence, besides the Chlorophyta and Bacillariophyta, were the Dinophyta and the Cryptophyta. The presence of a scytonemin derivative, compound B, indicated that cyanobacterial blooms were occurring in past, before the first officially recorded blooms in the 1960s. Cyanobacterial pigments presence indicated that Cyanobacteria have been a regular but not dominant feature of Hamilton Harbour phytoplankton in the past. To our knowledge, this study is the first one examining fossil pigments from Hamilton Harbour. Results of the PCR-DGGE molecular analysis of 16S rRNA-V3 gene fragments from sedimentary DNA revealed the presence of thirteen cyanobacterial genotypes. The temporal change in the cyanobacterial community composition was indicated by the increasing number of species over time, from the oldest to the most recent sediment layers. The deepest sediment strata showed the lowest number (two bands) and intensity of bands. The most recent sediment layer had the greatest numbers (11) and intensity of bands. This increased diversity indicated changing environmental conditions in the harbour, primarily nutrient pollution and worsening water quality. Results of the PCR-DGGE molecular analysis of mcyE-AMT gene fragments showed that Microcystis aeruginosa and Planktothrix rubescens were two microcystin producers present in Hamilton Harbour over the last 80 years. The persistent presence and resilience of these two genera indicated a more serious and longer-term issue of toxic blooms than previously recognized. Historical records show that noticeable anthropogenic impact on Lake Ontario environment has been measurable since the 1780s, the first dramatic impact on the Lake Ontario watershed was evident from the mid1880s, the earliest evidence of eutrophication in the lake occurred between 1820 and 1850, while human induced environmental changes in Hamilton Harbour date back ca. 350 years. In the 1960s, cyanobacterial blooms were first officially recognized in the harbour and the lower Great Lakes. The present research is the first report of the mcyE module and AMT domain of microcystin genes being amplified from sediment of North American lakes, and showed that toxic Cyanobacterial have been regular members of Hamilton Harbour phytoplankton community for almost a century. This research considerably deepened the knowledge of the past toxic cyanobacterial blooms in Hamilton Harbour and their possible causes. It also showed that in the absence of historical records, both the PCR-DGGE method and the mcyE-AMT gene may be used for reconstruction of the past toxic blooms not only in the Laurentian Great Lakes, but also in other aquatic regions of the world impacted by toxic cyanobacterial blooms. Also, it demonstrated the utility of the combined molecular and paleolimnological analyses, which might become a useful tool in the determination of the bloom causes factors and in the mitigation of the future production of toxic blooms.

Mikrobielle Gemeinschaften werden direkt und indirekt von einem komplexen System verschiedenster Interaktionen zwischen biotischen und abiotischen Faktoren beeinflusst. So zum Beispiel von verschiedenen Pflanzenarten und ihren jeweiligen Eigenschaften, dem Nährstoffgehalt des Bodens, sowie dem pH-Wert. Im Gegenzug gestalten Mikroorganismen als wichtige Treiber der C- und N-Kreisläufe ihre Umwelt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden mehrere Studien unter kontrollierten Feld- und Laborbedingungen, sowie unter natürlichen Bedingungen im Freiland durchgeführt, um verschiedene Einflussfaktoren zu bestimmen und den Grad ihres Einflusses zu ermitteln. Die Zusammensetzung der prokaryotischen Gemeinschaften in den verschiedenen Bodenproben wurden mit Hilfe phylogenetischer Marker, der 16S-rRNA Gene und der 16S-rRNA, analysiert. Die erhaltenen Amplikon-basierten Daten wurden dann prozessiert und die Indices für Artenvielfalt und Artenreichtum berechnet. Zusätzlich wurden Betadiversitätsanalysen durchgeführt, um Unterschiede in der Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft zwischen den verschiedenen Behandlungen sichtbar zu machen. Des Weiteren wurden die erhaltenen DGGE Profile für Clusteranalysen verwendet, um Ähnlichkeiten oder Unterschiede in der Struktur der Bakteriengemeinschaft zwischen den verschiedenen Behandlungen aufzuzeigen. Die vorliegende Arbeit gibt einen Einblick über den Einfluss der Baumarten, Baumartendiversität, des Laubes und des Probennahmezeitpunktes auf die Zusammensetzung und Diversität von Bakteriengemeinschaften in Böden. Die erhaltenen Daten zeigten, dass die Laubschicht der Haupteinflussfaktor auf die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft in der Rhizosphäre von jungen Buchen und Eschen ist. Des Weiteren zeigte sich, das verschiedene Baumarten, deren Diversität, sowie saisonale Unterschiede nur einen geringen Einfluss auf die Struktur der bakteriellen Gemeinschaft haben. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die mikrobielle Gemeinschaftsstruktur nicht signifikant von Buchen- und Eschensetzlingen beeinflusst wird, vermutlich aufgrund des frühen Entwicklungsstadiums der verwendeten Baumsetzlinge. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Buchensetzlinge das Wachstum von Bakterien inhibierten, während das Pilzwachstum gefördert wurde. Dies wurde vermutlich hervorgerufen durch eine Verschiebung des pH-Wertes im Boden verursacht durch buchenspezifische Wurzelausscheidungen. Morphologisch unterschiedliche Baumarten beeinflussen die Struktur und Diversität mikrobieller Gemeinschaften auf verschiedenen Wegen. Die Analyse der Bakterien- und Pilzgemeinschaften in natürlichen Waldböden unter erwachsenen Buchen und Fichten zeigte einen signifikanten Einfluss der untersuchten Baumarten auf deren Zusammensetzung. Es konnte ein Einfluss des pH-Werts auf die Bakterien- und Pilzvielfalt unter den analysierten Fichtenbeständen gezeigt werden. Des Weiteren wurden die Auswirkungen hoher NO3- Depositionen auf die CH4 und N2O Gasflüsse und die aktiven Bakterien- und Archeengemeinschaften in gemäßigten Laubwaldböden mit Hilfe von Mesokosmen untersucht. Es konnte ein starker Effekt der NO3- Düngung auf die CH4 Aufnahmeraten und N2O Emissionen des gedüngten Laubwaldbodens gezeigt werden. Die N-Düngung hemmte die CH4 Aufnahme des Bodens, während die N2O Emission stieg. Die Bakteriengemeinschaft in den gedüngten Mikrokosmen verschob sich im Verlauf des Versuches in Richtung einer denitrifizierenden Gemeinschaft, dominiert durch die Gattung Rhodanobacter. Darüber hinaus konnte eine Reduzierung der bakteriellen Vielfalt und der CO2 Emission innerhalb der N-gedüngten Mikrokosmen gezeigt werden. Des Weiteren sanken die CO2 Emissionsraten in beiden Behandlungen im Verlauf des Experiments. Dies deutet auf eine reduzierte Aktivität der vorhandenen Bodenmikroorganismen hin, möglicherweise hervorgerufen durch eine C Limitierung des verwendeten Waldbodens. Obwohl eine Verschiebung in der relativen Häufigkeit der auftretenden nitrifizierenden Archeen der Gattung Nitrosotalea nachgewiesen wurde, konnte eine signifikante Veränderung in der Zusammensetzung der gesamten Archeengemeinschaft nicht beobachtet werden. Die Ergebnisse zeigten jedoch einen erheblichen Beitrag methylotropher, methanotropher und nitrifizierender Bakterien, welche in geringer Zahl auftraten, in Bezug auf die gemessene CH4 Aufnahme. Des Weiteren wurden die Auswirkungen der Anwesenheit von Ameisen und ihrer Aktivitäten auf die Aktivität und Vielfalt der mikrobiellen Gemeinschaften im Boden und Ameisennest untersucht. Ameisen transportierten den von Läusen gewonnenen Honigtau in den Boden und verursachten damit eine Abnahme der mikrobiellen Biomasse in der Streuschicht, während die δ15N-Signatur, die basale Atmung und die mikrobielle Biomasse im Boden erhöht wurden. Im Gegensatz dazu konnten mittels Cluster-Analyse der erstellten DGGE Profile keine deutlichen Unterschiede der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur in den untersuchten Mikrokosmen gezeigt werden. Im Gegensatz dazu beeinflusste die Nestbauaktivität und der Eintrag von organischen Substanzen in den Boden durch die Ameisen jedoch die Struktur der Bakteriengemeinschaften im Freiland. Die Cluster-Analyse der erhaltenen DGGE Profile zeigte Unterschiede in der Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft in Abhängigkeit vom Probenentnahmeort und der Ameisenaktivität. Außerdem konnte gezeigt werden, dass sich die Struktur der Bakteriengemeinschaft in den Ameisennestern von der im Umgebungsboden unterschied. Ein sekundäres Projekt dieser Arbeit war die Erfassung und der Vergleich der mikrobiellen Gemeinschaften in biologischen Bodenkrusten zweier unterschiedlicher Standorte in extrazonalen, trockenen Bergsteppen der nördlichen Mongolei. Die Studie zeigte deutliche Unterschiede in der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur der beiden Standorte, welche sich im Grad der Störung unterschieden.

Prokaryotic microorganisms, which are at the base of deep-sea hydrothermal vent food webs, adapt rapidly to environmental fluctuations. This study aimed at comparing bacterial communities in contrasting hydrothermal habitats to better understand compositional adaptations to local conditions. I first used small subunit (SSU) ribosomal RNA (rRNA) gene sequences to compare mat-forming bacterial communities associated with iron oxides at two hydrothermal vent sites on the Tonga Arc, southwest Pacific. Operational taxonomic units (OTUs), defined at 97% sequence similarity, were affiliated to a great diversity of autotrophic and heterotrophic groups. Metabolically diverse Gammaproteobacteria dominated the sample from Volcano 19, collected at 992 m depth. The sample from Volcano 1, collected at 197 m depth, was dominated by iron-oxidizing bacteria from the class Zetaproteobacteria. The depth of the sampling sites was proposed to explain clone library dissimilarities. In the following studies, I compared bacterial communities associated with the vestimentiferan tubeworm Ridgeia piscesae, a foundation species at the Juan de Fuca Ridge. Samples of the polychaete were collected from tubeworm habitats in contrasting flow regimes that influenced temperature and hydrogen sulphide concentrations. Free-living bacteria were analyzed using both sequencing and 454 pyrosequencing of the SSU rRNA gene. Statistical analyses suggested a predictable pattern of bacterial community composition for the two habitats, with higher proportions of sulphur and hydrogen oxidizers in High Flow and more heterotrophic groups in Low Flow environments. Temperature, available energy for metabolism, and stability of the habitat were suggested to explain these distinctive bacterial communities. Symbiotic assemblages were investigated using the same sequencing methods together with catalyzed reporter deposition-fluorescence in situ hybridization (CARD-FISH). Gammaproteobacteria dominated all sequence libraries, followed by Epsilonproteobacteria. CARD-FISH confirmed the co-occurrence of these groups within R. piscesae trophosomes. Statistical analyses indicated distinctive membership and structure of trophosome assemblages between sampling sites. Analysis of R. piscesae juvenile showed distinctive structural properties when compared to adult individuals, but similar membership, within sampling sites. These results suggested that the composition of trophosome assemblages might be affected by specific physical and chemical conditions at each vent site and that a selection process might occur during R. piscesae’s development. / Graduate / 0410 / 0416 / 0329 / nathalieforget@gmail.com