Combination of biochemical and high-throughput-sequencing approaches to study the role of Antinobacteria and fungi in the decomposition of plant biomass

Abstract

Dead plant biomass is a key pool of carbon in terrestrial ecosystems. Its decomposition in soil environments is thus an essential process of the carbon cycle. Fungi are considered to be the primary decomposers in soil ecosystems because of their physiological adaptations and enzymatic apparatus composed from highly effective oxidative and hydrolytic enzymes. Many recent works show that in addition to fungi, bacteria may also play a significant role in lignocellulose decomposition and among bacteria, the members of the phylum Actinobacteria are often regarded to significantly contribute to cellulose and lignocellulose decomposition. This thesis is focused on the evaluation of the role that fungi and Actinobacteria play in dead plant biomass degradation. First, it explored mechanisms involved in degradation, in particular the enzymatic breakdown of major lignocellulose components as cellulose, hemicelluloses and lignin. Enzymatic apparatus of the saprotrophic fungus Fomes fomentarius was explored both in vitro as well as in vivo. Several Actinobacteria were isolated from soil and comparative experiments, investigating production of hydrolytic enzymes, were carried out to track the transformation of polysaccharides and lignin by these strains. To explain the roles of lignocellulose decomposers in...

Odumřelá rostlinná biomasa je klíčovým zdrojem uhlíku v pevninských ekosystémech, a proto je její rozklad významný pro koloběh tohoto prvku na zemi. Mezi nejvýznamnější rozkladače jsou řazeny především houby, a to zejména díky schopnosti produkovat vysoce účinné oxidativní a hydrolytické enzymy. Mnoho současných prací dále ukazuje, že kromě hub mohou být dalšími důležitými rozkladači celulózy a lignocelulózy také bakterie, zejména zástupci kmene Actinobacteria. Tato disertační práce je zaměřena na zhodnocení role hub a aktinobakterií při rozkladu odumřelé rostlinné biomasy. V rámci jejího řešení byly nejdříve zkoumány mechanismy tohoto rozkladu, týkající se především rozkladu hlavních komponent lignocelulózy: celulózy, hemicelulóz a ligninu, pomocí extracelulárních enzymů. U saprotrofní houby Fomes fomentarius byl důkladně popsán enzymový aparát a to jak in vitro, tak in vivo. Schopnost produkce hydrolytických enzymů byla dále testována u aktinobakterií izolovaných z půdy a u vybraných kmenů byly provedeny experimenty sledující osud polysacharidů a ligninu v průběhu jejich dekompozice. Aby bylo možno objasnit úlohu rozkladačů lignocelulózy v komplexních prostředích, jako je půda, bylo zkoumáno jejich zastoupení ve společenstvech hub a bakterií se speciálním zaměřením na aktinobakterie. K dosažení...