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Titelaufnahme

Titel
Genotyping, cryopreservation and bioactive compounds of aero-terrestrial algae / Luca Daprà
VerfasserDaprà, Luca
Begutachter / BegutachterinTrockenbacher, Alexander
GutachterPümpel, Thomas
ErschienenInnsbruck, Juli 2016
Umfangvi, 56 Blätter : Illustrationen Diagramme
HochschulschriftUniversität Innsbruck, Masterarbeit, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in englischer und deutscher Sprache
Datum der AbgabeJuni 2016
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Bodenalgen / Biotechnologie / Taxonomie / Molekularegenotypisierung / Cryopreservierung
Schlagwörter (EN)Terrestrial Algae / Biotechnology / Taxonomy / molecular genotyping / cryopreservation
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-4449 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Genotyping, cryopreservation and bioactive compounds of aero-terrestrial algae [1.86 mb]
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Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Aufgrund ihres hohen biotechnologischen Potentials gibt es in den letzten Jahrzehnten ein zunehmendes Interesse für Algen und Cyanobakterien. Diese Organismen scheinen eine wertvolle Quelle für erneuerbare Energien sowie für viele andere wertvolle chemische Verbindungen zu sein.

In den 1950er Jahren begann das Institut für Botanik der Universität Innsbruck eine Sammlung (ASIB 505) von aero-terrestrischen Mikroalgen, hauptsächlich aus dem Hochgebirge, anzulegen. Bis jetzt wurden rund 1500 Proben gesammelt, ein Teil davon wurde jedoch noch nicht klassifiziert. Im Jahr 2013 startete ein Algenprojekt des Management Center Innsbruck (MCI), welches die Entwicklung eines ökonomisch relevanten Produktionsprozesses zur Gewinnung von bioaktiven Stoffen aus phototrophen Mikroorganismen zum Ziel hat. Ein Großteil dieser Sammlung ist immer noch als "unbekannte Spezies" kategorisiert und zudem wurden andere falsch klassifiziert. In dieser Arbeit konzentrierte ich mich daher auf die taxonomische Klassifizierung von verschiedenen Algenstämmen. Zu diesem Zweck wurde ein molekular-basierter Ansatz verwendet. Insbesondere wurden drei Markergene ausgewählt: die kleine rDNA-Untereinheit (18S), die große rDNA-Untereinheit (25S) und das Chloroplasten-Gen, welches Rubisco codiert (rbcL). Aufgrund des Fehlens von universellen Primern wurden für diesen Zweck verschiedene Kombinationen getestet und dementsprechende PCR-Protokolle entwickelt. Damit war es möglich, aussagekräftige Sequenzen zu erhalten und 25 verschiedene Algenstämme taxonomisch einzuordnen. Bei einem Stamm (MCI28), der eine neue Mycosporin-ähnliche Aminosäure produziert (MAA), war eine taxonomische Zuordnung mittels „blasting“ der verschiedene Sequenzen nicht möglich. Deshalb war es notwendig, aus diesen Sequenzen einen phylogenetischen Stammbaum zu erzeugen und die Spezies zu positionieren. Für diesen Zweck wurden zwei Gene verwendet, nämlich rbcL und 18S; die jeweiligen Bäume wurden mit verschiedenen Methoden berechnet: Maximum-Likelihood und Maximal-Parsimony mit den Daten der rbcL-Sequenz; Maximal-Parsimony und Neighbour-Joining wurde für die 18S-Daten verwendet. Entsprechend den Ergebnissen gehört der Stamm zur Familie der Prasiolaceae und befindet sich zwischen den Gattungen Stichococcus und Diplosphaera.

Zusätzlich wurden Kryokonservierungsprotokolle entwickelt. Zwei Kryoprotektoren (nämlich Dimethylsulfoxid (DMSO) und Methanol (MeOH)) wurden bei verschiedenen Auftau- und Wachstumsbedingungen getestet. Erfolgreiche Kryokonservierungsprotokolle wurden exemplarisch für zwei Algenstämme (MCI14 und MCI28) entwickelt.

Zusammenfassung (Englisch)

In the last decades, there has been increasing interest in algae and cyanobacteria due their high biotechnological potential. Such organisms showed to be a valuable and renewable source of energy as well as a source of chemical compounds.

In the 1950s, the Institute of Botany of the University of Innsbruck started a collection (ASIB 505) of aero terrestrial microalgae, originating mainly from high mountain areas. At present around 1500 samples are stored, part of them is still unclassified. In 2013, the Management Centre Innsbruck (MCI) started a project focused on these terrestrial microalgae and cyanobacteria with the aim to gain economically viable products from the algae and cyanobacteria and to develop an economically relevant production of valuable bioactive compounds. A big part of this collection is still categorized as “unknown species” and others showed to be wrongly classified. Hence, in this work I focused on the taxonomical classification of different algae strains. For this purpose, a molecular based approach has been adopted. In particular, three marker genes have been chosen: the small subunit of rDNA (18S), the large subunit of rDNA (25S) and the chloroplast gene coding for rubisco (rbcL). Due to the absence of universal primers, for this purpose, different primer combinations have been tested, and PCR protocols have been developed. Herewith, it was possible to get valuable sequences and to make a taxonomical assignment for 25 different algal strains. For one strain (MCI28), known to produce a novel mycosporine like amino acid (MAA), a taxonomical assignment based on comparison with annotated sequences from databases was not possible. Hence, it was necessary to generate phylogenetic trees and position the sequences of this unclassified species within the tree according to phylogenetic relatedness. For this scope, it was decided to use two genes, namely rbcL and 18S, and to calculate the respective trees using different methods: maximum likelihood and maximum parsimony with the data relative to the rbcL sequence; maximum parsimony and neighbour joining for the 18S data. According to the results, the strain of interest belongs to the family of the Prasiolaceae and is situated between the genera Stichococcus and Diplosphaera.

In addition to this cryopreservation protocols for algae have been developed. Two cryoprotectants (namely dimethyl sulfoxide (DMSO) and methanol (MeOH)) have been tested along with different thawing and re-growing conditions. Successful cryopreservation protocols have been developed exemplarily for two algal strains (MCI14 and MCI28).