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Titelaufnahme

Titel
Secondary metabolite biosynthetic gene diversity Bacillales non-ribosomal peptides and polyketides in plant-microbe interactions / submitted by Gajender Aleti
VerfasserAleti, Gajender
Begutachter / BegutachterinSteinkellner, Siegrid ; Herndl, Gerhard
GutachterSessitsch, Angela
ErschienenVienna, August 2016
Umfangvi, 55 Blätter : Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftUniversität für Bodenkultur Wien, Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Polyketide / Lipopeptide / nicht-ribosomalen Peptiden / Genome Mining / Struktur Vorhersage / Paenibacillus / Bacillus / Biofilmbildung / Wurzelbesiedelung / Surfactin
Schlagwörter (EN)Polyketides / Lipopeptides / Non-ribosomal peptide synthetase / Genome mining / Structure prediction / Paenibacillus / Bacillus / Biofilm develoment / Root colonization / Surfactin
Schlagwörter (GND)Bacillus / Paenibacillus / Sekundärmetabolit / Pflanzen / Mikroorganismus / Interaktion / Schädlingsbekämpfung
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-17184 Persistent Identifier (URN)
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Secondary metabolite biosynthetic gene diversity Bacillales non-ribosomal peptides and polyketides in plant-microbe interactions [3.73 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Studie untersucht die biosynthetische Vielfalt von nicht-ribosomalen Peptiden und Polyketiden in Bacillales auf Grund ihrer weit verbreiteten Kapazität Sekundärmetabolite zu produzieren und ihrem Einsatz in der biologischen Schädlingsbekämpfung. Genome-Mining in Bacillales weist darauf hin, dass ein wesentlicher Teil der vorhergesagten nicht-ribosomalen Peptide und Polyketide in Pflanzen-assoziierten Bacillus Stämmen uncharakterisiert ist. Überraschenderweise produzieren viele Bacillales Gattungen aus anderen Habitaten nur wenige solcher Verbindungen, was auf die Wichtigkeit dieser Metabolite in Pflanzen-assoziierten Nischen hinweist. Das Genom von Paenibacillus polymyxa CC1-25 enthält Gene, die für Fusaricidin C, Iturin-ähnliche, Tridecaptin und Polymyxin Varianten mit veränderter Monomerzusammensetzung kodieren. Ebenso sind Gene für die Produktion eines Paenicidin A - ähnlichem Lantibiotikum und eine Polysynthetase 1 enthalten. Angesichts der Tatsache, dass 6,6 % des gesamten Genoms der Synthese von Sekundärmethaboliten gewidmet ist, bietet CCI-25 ein hohes Potenzial für medizinische und landwirtschaftliche Anwendungen. Bacillus atrophaeus 176s schützt Pflanzen von R. solani Infektionen. Dieser Stamm produziert drei Lipopeptidfamilien, die in der Biokontrolle von pflanzlichen Pathogenen eine Rolle spielen könnten. Wir isolierten Surfactin C von B. atrophaeus welches subtile strukturelle Unterschiede in der Adenylierungsdomäne der Surfactinsynthetase (srfC) im Vergleich zu Surfactin A von B. subtilis und B. amyloliquefaciens aufweist. Abweichungen in der Surfactinsynthetase sind über alle Bacillus Arten verteilt. Ferner waren die Surfactin Varianten mit Art-spezifischer Biofilmbildung und Wurzelbesiedelung assoziiert. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit zeigen das große, dennoch ungenutzte Potenzial von Sekundärmetaboliten und deren genetischer Vielfalt in den Gattungen Bacillus und Paenibacillus, die eine Schlüsselfunktion in Pflanzen-Mikroben-Interaktion darstellen könnten.

Zusammenfassung (Englisch)

This study aimed to investigate the biosynthetic diversity of non-ribosomal peptides and polyketides in Bacillales due to the high secondary metabolite capacity and their use in the biological control of plant diseases. Genome-mining the Bacillales suggested that a substantial fraction of the predicted non-ribosomal peptides and polyketides are uncharacterized in plant-associated Bacillus strains. Surprisingly, many genera of Bacillales from other environments produce few of such compounds indicating the importance of these metabolites in plant-associated niches. The genome of Paenibacillus polymyxa strain CCI-25 encompasses genes encoding fusaricidin C, iturin-like, tridecaptin and polymyxin variants with altered monomer composition, and a lantibiotic similar to paenicidin A, as well as a polyketide synthase type 1. Given the fact that 6.6% of the total genome is devoted to secondary metabolite biosynthesis, CCI-25 has high potential to be exploited for medical or agricultural applications. Bacillus atrophaeus strain 176s protected plants from R. solani infection and co-produced three lipopeptide families, which may play a role in biocontrol of plant pathogens. We isolated surfactin C from B. atrophaeus that has subtle structural differences when compared to surfactin A produced by B. subtilis and B. amyloliquefaciens. The dissimilarity is encoded in the adenylation domain of the surfactin synthetase (srfC) and most importantly variations in the surfactin synthetase are distributed in a species-specific manner in all Bacillus. Further, the surfactin variants were associated with species-specific biofilm induction and root colonization. The results of this thesis show that there is a huge yet untapped potential of secondary metabolites and their genetic diversity in the genera Bacillus and Paenibacillus, which may play a key role in plant-microbe interactions.