Juhász-Nagy Pál Doktori Iskola

Állandó link (URI) ehhez a gyűjteményhez

https://hdl.handle.net/2437/2266

Természettudományi Kar

Juhász-Nagy Pál Doktori Iskola
(vezető: Dr. Tóthmérész Béla)

Természettudományi doktori tanács

tudományágak:
- biológiai tudományok
- környezettudományok

Doktori programok:

Biodiverzitás
(programvezető Dr. Barta Zoltán)
Biológia
(programvezető Dr. Sipiczki Mátyás)
Biotechnológia
(programvezető: Dr. Pócsi István)
Hidrobiológia
(programvezető Dr. Dévai György)
Alkalmazott ökológia
(programvezető Dr. Magura Tibor)
Kvantitatív és terresztris ökológia
(programvezető: Dr. Tóthmérész Béla)

Böngészés

Megjelenítve 1 - 20 (Összesen 244)

Korlátozottan hozzáférhető
Az 1-11. századokban az Alföld területén élt népességek kraniometriai elemzése
Holló, Gábor; Szathmáry, László; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--TEK--Természettudományi Kar -- Evolúciós Állattani és Humánbiológiai Tanszék
I. Bevezetés és célkitűzések Az ősi emberi kultúrák változásait régészeti leletek sokasága tanúsítja. Az egymást követő időszakok tárgyi emlékei segítségével azonban általában nem tudjuk felfedni, hogy vajon valódi népességváltás történt-e a szóban forgó területen, vagy csupán kulturális elemek kicserélődése ment végbe. Anatómiai értelemben vett változásokról képet kaphatunk a csontváz metrikus elemzésének segítségével. Dolgozatomban az Alföld területén feltárt, az 1-11. századok által felölelt időszakra keltezett koponyaleletek elemzésével kíséreltem meg rekonstruálni a kulturális változások anatómiai hátterét. A nevezett időszakban az Alföldön hét régészeti korszak különböztethető meg, úgy mint szarmata kor (1–4. század), „átmeneti” kor (400–420), hun-germán vagy gepida kor (420–567), kora avar kor (568~670), késő avar kor (~670–896), honfoglalás és letelepedés kora (10. század), valamint az Árpád kor első harmada (11. század). Ez a problémafelvetés képezi a disszertáció egyik fő vizsgálati irányát. A második problémakör, mellyel a dolgozatban foglalkoztam, inkább anatómiai jellegű. Tudvalevő, hogy az emberi koponya nagyobb régiói: az agykoponya és az arckoponya, funkcionálisan különböznek egymástól, valamint eltérő törzsfejlődési és egyedfejlődési irányvonallal jellemezhetőek. A rendelkezésre álló koponyaadatok segítségével arra kerestem a választ, hogy a két nagy koponyatájék eltér-e egymástól a népességszintű anatómiai eltérések hordozásának tekintetében. II. Anyag és módszer 1. A vizsgálat anyaga Az adatbázist összesen 4001 koponya alkotja, melyből 1540-et mért le kutatócsoportunk, a többi adatai korábbi publikációkból származnak. A koponyákon 13 Martin-féle lineáris dimenziót mértünk le. A koponyák nagy része legalább egy hiányzó adattal bír, ezért az elemzésekben – melyekben csak teljes adatsorral dolgoztam – összesen 1961 koponya összehasonlítását végeztem el. Az agykoponya méreteire nézve hiánytalan adatokkal rendelkezik 1573, míg az arckoponya méreteire nézve 1210 egyén. Ezen csoportok metszetében található 822 egyén, akiknek egyáltalán nincsen hiányzó adatuk. 2. A vizsgálat statisztikai módszerei Az elemzéseket a nyílt forráskódú R statisztikai rendszerben végeztem. a) Első lépésben főkomponens-analízissel (prcomp R függvény) redukáltam a változók számát. b) Ezt követően az egyes korok által meghatározott csoportokra egy lineáris hatásmodellt (linear mixed-effects model, röviden LMM; lmer nevű függvény) illesztettem. c) Végül a modelleket páronkénti összehasonlításoknak vetettem alá (glht függvény). III. Eredmények Az agykoponya főkomponensei összesen 8 esetben mutatnak szignifikáns eltérést az egyes korok népességei között. Ezek közül egy esetben két egymást követő kor (gepida és kora avar korok) között áll fenn a szignifikáns eltérés, s ez történeti következtetések levonásához szolgál támpontul. A többi hét esetben a szignifikánsan eltérő korok nem egymást követőek. Az arckoponya méreteiből számolt főkomponensek ezzel szemben egyetlen esetben sem mutatnak szignifikáns elkülönülést, bármely két korszak népességét tekintsük is. Mivel a két koponyatájék esetében használt statisztikai minták eltérnek egymástól, az analízist újra elvégeztem a 822 teljes adatsorú egyénen is. Ebben az esetben 6 szignifikáns különbség mutatkozott az agykoponya tájékát tekintve, az arckoponya régiója pedig – a korábbiakkal megegyezően – egyetlenszer sem mutatott eltérést a korszakok között. A történeti szempontú következtetések levonásához az agykoponyatájék főkomponenseinek elemzését a nemek különválasztásával is elvégeztem. A két egymást követő (gepida és kora avar) kor között mutatkozó szignifikáns különbség az elemzés ilyetén finomításával csupán a férfiak esetében adódott szignifikánsnak. IV. Következtetések 1. Anatómiai jellegű következtetések A két koponyarész összehasonlításából kitűnik, hogy az agykoponya lineáris méreteinek főkomponensei számos esetben alkalmasak populációszintű anatómiai különbségek kimutatására, míg az arckoponya méreteinek főkomponensei egyáltalán nem. A két tájék közti eltérés egyik fő okát a fejlődésükben jelentkező különbségnek lehet tulajdonítani. Tudvalevő, hogy az arckoponya növekedése később fejeződik be, mint az agykoponyáé, s ezáltal eltérő környezeti hatásoknak van kitéve, és jóval hosszabb ideig, mint az agykoponya. Ezért feltehető, hogy az agykoponya csontjainak fejlődésén a genetikai tényezők hatása inkább érvényesül, mint az arc csontjaién, azaz a különféle népességek közötti genetikusan átadódó eltéréseket az agykoponya sokkal inkább megőrzi, mint az arckoponya. Ez az eredmény kapcsolatba hozható azzal a ténnyel, hogy a vizsgált időszakban a Kárpát-medencében és az Eurázsiai sztyeppe nagy részén (ahonnan a betelepülő népek többsége érkezett) a klimatikus körülmények viszonylag stabilak voltak, s az arcvázban tapasztalható homogenitás részben ennek a környezeti homogenitásnak tudható be. Eredményeim tehát azt a feltételezést támasztják alá, hogy az agykoponya jóval nagyobb mértékben képes megőrizni és jelezni a népességszintű eltéréseket, mint az arckoponya. 2. Történeti jellegű következtetések Történeti szempontú információkat a fentiek értelmében az agykoponyarégió vizsgálatával nyerhettem. A statisztikai elemzések a gepida és a kora avar kori férfiak között jelentkező szignifikáns eltérést mutatnak. Az anatómiailag kimutatható törésszerű váltás, mely az avarok betelepülését követte, az alábbi érvekkel magyarázható. Amennyiben egy nép egy új területet hódít meg, az ott lakókat általában nem semmisíti meg, hiszen ezek többek között katonai erőt szolgáltatnak és gazdasági hasznot nyújtanak a hódítóknak. Ilyen helyzetekben, legyen bár a két nép anatómiailag markánsan eltérő, éles váltás biometriailag nem megfigyelhető, mivel fokozatos keveredés indul meg közöttük: a két népesség összeolvad egymással. Amennyiben viszont a hódítás agresszív és a helyi népesség nagy részének kiirtásával vagy elűzésével jár, az esetlegesen fennálló anatómiai eltérések biometriai kimutathatósága jelentősen megnő. Ráadásul, mivel a férfiak harcolnak és esnek el a háborúkban nagyobb számban, a nők pedig valószínűbben asszimilálódnak a hódítók társadalmába, valószínűsíthető, hogy a hirtelen népességváltásról tanúskodó mintázatok inkább a férfiakban jelentkeznek. Mindezek alapján feltehető, hogy a germán eredetű gepidák és az ázsiai eredetű avarok között eleve fennálló anatómiai mintázatbeli különbözőséget erősítette fel a két nép között 567-ben vívott csata, mely nagyszámú gepida férfi pusztulásával járt. Ezért kijelenthető, hogy a mért lineáris koponyadimenziók által kimutathatóan a legmélyrehatóbb változást a vizsgált tizenegy évszázad során az Alföld területén az avar nép betelepülése okozta. I. Introduction and Aims The changes of ancient human cultures are testified by a multitude of archaeological remains. However, the finds of subsequent periods cannot generally reveal whether or not there was a real population shift, or just a simple exchange of cultural elements. By the help of the metric analysis of the skeleton, information about anatomical changes can be obtained. In my dissertation I have tried to reconstruct the anatomical background of cultural changes by analyzing the cranial finds which were excavated in the territory of the Great Hungarian Plain and are dated to the period encompassed by the 1st-11th centuries. During the afore-mentioned period, in the Great Hungarian Plain, seven archaeological eras can be differentiated, which are the Sarmatian Age (1–4th century), the Period of "Transition" (400–420), Hun-Germanic or Gepidic Epoch (420–567), Early Avar Age (568~670), Late Avar Period (~670-895), the Epoch of the Hungarian Conquest and Settlement (895-1000), and the first third of the Arpadian Age (11th century). This problem constitutes one of the main directions of investigation in the dissertation. The other issue that I have addressed in the essay is of anatomical character. It is known that the major regions of the human skull, the neurocranium and the facial skeleton, differ from each other functionally, and that they are characterized by different phylogenetical and ontogenetical directions. With the help of the cranial data at hand, I sought the answer to the question of whether the two big cranial regions differed from each other in carrying anatomical differences of population level or not. II. Material and Method 1. Material The database is constituted by 4001 skulls, 1540 of which were measured by our research group, while the data on the others were obtained from former publications. Thirteen linear Martin dimensions were taken on the crania. The majority of the skulls have at least one missing datum, so in the analyses, in which I worked only with complete datasets, I carried out the comparison of 1961 skulls, altogether. 1573 individuals have no missing neurocranial values, while 1210 have a complete facial skeletal dataset. 822 individuals can be found in both groups: they have no missing data. 2. Statistical Methods The analyses were conducted in the open source R interactive statistical environment. a) First I reduced the number of variables by Principal Components Analysis (R function prcomp). b) In the following step I fitted a linear mixed-effects model (abbreviation LMM; R function lmer) to the groups determined by the diverse periods. c) Finally, I carried out pairwise comparisons between the models (R function glht). III. Results The principal components of the neurocranium show significant differences between populations of the diverse periods in eight cases. In one case the difference can be detected between two subsequent periods (Gepidic and Early Avar ages), and this allows me to draw historical conclusions. In the remaining seven cases, the significantly differing periods are not subsequent. On the contrary, the principal components calculated from the facial measurements do not show any significant differences, regardless of the periods (populations) compared. Since the statistical samples of the two cranial regions differ from one another, I also repeated the analysis on the 822 individuals with a complete dataset. In this case, I found six significant differences for the neurocranium, while the region of the facial skeleton, as before, did not show any differences between the periods. To be able to draw historical conclusions, I also redid the analysis of the neurocranial principal components with sexes separated. With such refinement of the analysis, the former significant difference between the subsequent eras (Gepidic and Early Avar) prooved to be significant only in the case of males. IV. Conclusions 1. Anatomical Conclusions From the comparison of the two parts of the skull, it is evident that the principal components of the linear neurocranial measurements are suitable for pointing out anatomical differences between populations in numerous cases, while those of the facial ones are not, at all. One of the main causes of such divergence between the two regions may be attributed to the difference in their development. It is known that the growth of the facial skeleton terminates later than that of the neurocranium, and therefore, it is exposed to environmental factors different from those acting on the neurocranium, and for a longer time. For this reason, it can be argued that the effect of genetic factors is bigger on neurocranial bones than on the facial ones. Thus, the genetically transmitted differences between the diverse populations are conserved much better by the neurocranium than by the facial skeleton. This result can be connected to the fact that, in the studied period, in the Carpathian Basin and in a large part of the Eurasian Steppe (from where the majority of the immigrant peoples arrived), the climatic conditions were relatively stable, and the homogeneity, observed in the facial skeleton, can be partially attributed to this environmental homogeneity. In conclusion, my results support the conception that the neurocranium conserves and indicates the differences of population level much more effectively than the facial skeleton. 2. Historical Conclusions Information of historical character, on the basis of the afore-said things, could have been achieved by the examination of the neurocranial region. Statistical analyses show a significant difference between the Gepidic and the Early Avar males. The anatomically demonstrable break-like change that followed the immigration of the Avars can be explained by the following reasons. When a people conquers a new territory, it generally does not destroy the resident population because they, among other things, can provide military force and economic profit. In such situations, even if the two peoples may be remarkably different, no sudden change can be observed biometrically, since a gradual mixing takes place between them: the two peoples fuse with each other. However, if the conquest is aggressive, perhaps even to the point of displacing or exterminating the resident population, the biometrical demonstrability of the potentially existing anatomical divergences augments considerably. What is more, since it is mostly males who fight and die in battles, while females are more likely to be assimilated in the society of the conquerors, it seems probable that patterns testifying sudden population changes manifest more frequently in males. On the basis of the information above, it can be supposed that an already existing difference in the anatomical pattern between the Gepids of Germanic origin and the Asian rooted Avars was enhanced by the battle of 567, which caused the death of a great number of Gepidic males. Thus it can be stated that the most profound change – demonstrable by the measured linear cranial dimensions – in the examined eleven centuries, and in the territory of the Great Hungarian Plain, was caused by the immigration of the Avar people.
Szabadon hozzáférhető
A hasadó élesztőgombák (Schizosaccharomyces) komparatív genomikai vizsgálata
Ács-Szabó, Lajos; Gálné Miklós, Ida; Juhász-Nagy Pál Doktori Iskola; Debreceni Egyetem::Természettudományi és Technológiai Kar::Biotechnológiai Intézet::Genetikai és Alkalmazott Mikrobiológiai Tanszék
Mára teljes mértékben elfogadottá vált a nézet, miszerint az eukarióta génsorrend sem véletlenszerű. Jelen doktori tanulmányban a hasadó élesztőgomba (Schizosaccharomyces) modellszervezetek genomszekvenciáit vettük górcső alá, vizsgálva a genomjaik által elszenvedett evolúciós léptékű változásokat és válaszokat keresve a rendkívül stabil génsorrendjük fenntartásával kapcsolatos kérdésekre. Bioinformatikai módszereket alkalmazva sikeresen kromoszóma szintű összeszerelési állapotba hoztuk a S. cryophilus szuperkontigjait, majd molekuláris biológiai technikákkal validáltuk az eredményeinket. Számítógépes módszerekkel megbecsültük, hogy mennyi és milyen típusú átrendeződések formálhatták a hasadó élesztők genomjait. Kimutattuk, hogy az átrendeződések közül az interkromoszómális transzlokációk voltak túlsúlyban, az inverziók száma csak a filogenetikai távolság növekedésével emelkedett. Összehasonlítottuk a hasadó élesztőket hasonló divergenica idővel rendelkező sarjadzó élesztőkkel. Bár összességében több átrendeződési esemény érhette a sarjadzó élesztőket, a hasadó élesztő genomok szenvedték el a nagyobb méretű régiókat érintő változásokat. Megállapítottuk, hogy a hasadó élesztő genomokban a strukturális- és szekvencia változások dinamikája rendkívül erős pozitív korrelációt mutat. Feltártuk a genomok legkonzerváltabb részeit és legalább 5 génből álló kolineáris régiókat azonosítottunk (aLCB-k). Ilyen aLCB-kben lokalizálódik a genomok géntartalmának 40-42%-a. Számítógépes szimulációkat alkalmazva kimutattuk, hogy az aLCB-k génsorrendje nem csak az ősi génsorrend maradványa, hanem szelekciós hatás alatt is állhat. Bár e génsorrend hasadó élesztő specifikus, de jobban hasonlít a fonalas fajok génsorrendjére, mint a sarjadzó élesztőkére. Eredményeink azt sugallták, hogy bizonyos biológiai funkciókhoz (13 GO kategória) köthető gének szignifikánsan nagyobb arányban hajlamosak az aLCB-kben csoportosulni, mint mások. Azonban ez a jelenség nem az ellátott funkcióval vagy a gének ko-expressziójával, hanem az esszenciális gének lokális denzitásával és a Rec12 hasítóhelyek gyakoriságával magyarázható. It is now fully accepted that the eukaryotic gene order is not random. In the present PhD study, we have investigated the genome sequences of model genus fission yeasts (Schizosaccharomyces), examining the evolutionary scale changes their genomes have undergone and seeking answers to questions about the maintenance of their highly stable gene order. Using bioinformatics methods, we successfully assembled S. cryophilus supercontigs to chromosome-level and validated our results using molecular biology techniques. Using computational methods, we estimated the amount and type of rearrangements that could have shaped the fission yeast genomes. We showed that interchromosomal translocations predominated among the rearrangements, with the number of inversions increasing only with increasing phylogenetic distance. We compared fission yeasts to budding yeasts with similar divergence times. Although overall more rearrangement events may have occurred in the budding yeasts, fission yeast genomes suffered the changes affecting larger regions. We find that the dynamics of structural and sequence changes in fission yeast genomes show a very strong positive correlation. We have explored the most conserved parts of the genomes and identified collinear regions of at least 5 genes (aLCBs). 40-42% of the whole gene content is localized in such aLCBs. Using computer simulations, we have shown that the gene order of aLCBs is not only a remnant of the ancestral gene order, but may also be under selection. Although this gene order is fission yeast specific, it is more similar to the gene order of filamentous species than to that of budding yeasts. Our results suggested that genes associated with certain biological functions (13 GO categories) tend to cluster in aLCBs at significantly higher rates than others. However, this phenomenon is not explained by the function or the co-expression of genes, but by the local density of essential genes and the frequency of Rec12 cleavage sites.
Szabadon hozzáférhető
A PP2A protein-foszfatáz az auxin-transzportot és az oxidatív stresszválaszokat egyaránt szabályozza az Arabidopsis thaliana csíranövényekben.
Freytag, Csongor; Máthé, Csaba; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; Debreceni Egyetem::Természettudományi és Technológiai Kar::Biológiai és Ökológiai Intézet::Növénytani Tanszék
A növények életének egyik sajátosága, hogy nem képesek önálló aktív helyváltoztatásra, így minden környezeti változásra helyben kell reagálniuk. Az életfolyamatok, mint a növekedés, sejtosztódás és differenciálódás, különféle biokémiai folyamatokból és azok szabályozó mechanizmusokból és jelátviteli utakból épülnek fel. A jelátviteli utakban nyernek értelmet a külső, belső változások okozta ingerek és váltanak ki válaszokat, változásokat a biokémiai folyamatokban. Disszertációm középpontjában a protein foszforiláció szerepe az auxin transzporttal és eloszlással összefüggő, fejlődési folyamatok állnak, melyekben a PP2AC3 és C4 protein-foszfatázoknak jelentős szerepe van (Ballesteros et al., 2013). Másrészt, az oxidatív stressz defoszforilációs szabályozását vizsgáltuk, ahol ezen két alegység, továbbá a PP2A Fass (B”) elegységek szerepéről jóval kevesebb az ismeretünk (Durian et al., 2020; Máthé et al., 2023). A Mikrocisztin-LR (MCY-LR) egy kiváló eszköz a foszfatáz gátlás és az oxidatív stressz szimultán vizsgálatához. A MCY-LR az egyik leggyakoribb cianobakteriális heptapeptid toxin, amelyet főként édesvízi cianobaktériumok termelnek. Erősen gátolja a PP2A és PP1 protein-foszfatázokat (MacKintosh et al., 1990). Emellett a MCY-LR fontos tulajdonságának tartják, hogy képes oxidatív stressz folyamatokat indukálni (Máthé et al., 2019).
Korlátozottan hozzáférhető
Abiotikus és biotikus tényezők hatása sekély állóvizek belső tápanyagterhelésére
Boros, Gergely; Nagy, Sándor Alex; Tátrai, István; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--TEK--Természettudományi Kar -- Hidrobiológiai Tanszék
1. A biomanipulált Major-tóban bekövetkezett trofikus állapotváltásért a biológiai, kémiai és meteorológiai tényezők kölcsönhatása és többszörös visszacsatolási mechanizmusa tehető felelőssé. Ha emelkedik az átlaghőmérséklet, csökken a vízszint, a bentoszfogyasztó halak biomasszája radikálisan emelkedik, vagy a hínárállomány pusztulásnak indul, az mind magában hordozza a zavaros vizű állapot kialakulásának esélyét. Ezek a tényezők együttesen jelentkeztek a Major-tóban 2007-ben, melynek hatása volt a tó trofikus állapotára. A zavaros vizű állapot kialakulása elkerülhető, amennyiben a rendszerben a kritikus érték alá csökken a limitáló tápanyagok koncentrációja. A hozzáférhető tápanyagok mennyiségének mérséklésére pedig a többször ismételt biomanipuláció lehet megfelelő eszköz. 2. Limnokorall kísérletekkel bizonyítottuk, hogy a bodorkáknak jelentős foszfor felszabadító hatása lehet mérsékelt övi sekély tavakban. A kísérletben tapasztalt jelentős foszfor dúsulás jól jelzi a bentoszfogyasztó halak tápanyag forgalomban betöltött kiemelkedő szerepét. A bodorka foszfor forgalmazásával kapcsolatos kísérleti eredményeim alátámasztják azon feltételezésemet, miszerint a halbiomassza jelentős mértékű növekedése jelentősen hozzájárulhatott a Major-tó vizének tápanyagdúsulásához a zavaros vizű időszakban. 3. Akváriumi kísérleteim során igazoltam, hogy a bentoszfogyasztó pontynak jelentős foszfor-regenerációs/recirkulációs képessége van. Eredményeim szerint a pontyok a táplálékkal felvett foszfor 40%-át képesek visszatartani, az ürített foszfor (az összes elfogyasztott mennyiség 60%-a) pedig naponta 15-17 mg TP haltömeg kg-1 terhelést jelenthet fiatal ponttyal népesített vizeinkben. A halak által ürített foszfor nagy része oldott vagy diszpergált formában oszlik szét a vízben, amely több mint háromszorosa a partikulált formában leülepedő frakció (ürülék) foszfor tartalmának. A leülepedő frakció foszfor tartalma is gyorsan mineralizálódik és hozzáférhetővé válik a növények számára, tehát a halak általi kiválasztás és ürítés jelentősen hozzájárulhat a víz tápanyag tartalmának növekedéséhez és a zavaros vizű állapot kialakulásához. 4. A balatoni bodorkák béltartalom analízisének eredményei jelentős átfedést mutattak a pontyokkal végzett akváriumi kísérletek eredményeivel: a természetes, vegyes táplálékot fogyasztó balatoni bodorka foszforforgalmazása csaknem azonos volt a laboratóriumi kísérlet során, árvaszúnyog lárvát fogyasztó ponty foszforforgalmazásával. A balatoni bodorkák béltartalmában az SRP részaránya ~20%, a ponty esetében ez az érték 23,5% volt. A bodorka teljes béltartalmának ürítése alapján becsült napi foszfor kibocsátása (19 mg élősúly kg-1) mindössze 15%-al haladta meg a ponty becsült foszfor kibocsátását (16 mg élősúly kg-1). 5. A nagy nyomású teflon bombás feltárás megfelelő módszernek bizonyult az állati eredetű szövetekben tárolt foszfortartalom hatékony kinyerésére. A hitelesített referencia anyag feltárása során 94 ± 15%-os (X átl. ± 1 SD) visszamérhetőséget sikerült produkálni, amely jelzi a módszer megbízhatóságát és alkalmazhatóságát állati eredetű szövetek foszfor analízisében. A különböző egyéb mintatípusokból (zooplankton, szúnyoglárva, teljes haltest homogenizátum) mért értékek összevetése az irodalmi adatokkal rávilágított, hogy a teflon bombás feltárást követően mért P tartalom igen hasonló eredményt adott, esetenként pontosan megegyezett a más módszerekkel, de hasonló mintákból mért P tartalommal. 6. A sűrű hínárnövényzet kedvezőtlenül hathat a foszfor stabilizációjára, mivel csökkentheti az üledék felső rétegének redoxi potenciálját. Ennek akkor lehet kiemelt szerepe, ha az üledék gazdag vasban, vagy más, redoxi potenciálra érzékeny, foszforkötésre alkalmas fémekben és a letisztult víz miatt összefüggő hínárgyep alakul ki. Ebből kiindulva, a tiszta vizű állapot stabilizációjában kulcsfontosságú tényezőként számon tartott makrovegetáció terjedése esetén figyelembe kell venni azt a körülményt, hogy nem csak a hínár hiánya, de bizonyos esetekben annak magas biomasszája (80-100 % borítás és a vízoszlop kitöltése) is képes lehet az eutrofizációs folyamatok beindítására és a zavaros vizű állapot előidézésére. 1. The shift from clear to turbid water state in biomanipulated Lake Major could be triggered by the interaction and multiple feedback mechanisms of biological, chemical and meteorological processes. Increased temperature, declining water level, radical growth in fish biomass and decaying macrophytes are all creating a considerable risk for eutrophication and turbid water state to develop. These conditions occurred simultaneously in Lake Major in 2007, having a serious impact on the trophic state of the lake. Development of a turbid water state can be avoided by a significant reduction in the available amount of nutrients in the ecosystem. For this aim, biomanipulation can be an effective management measure, as it controls nutrient levels in both water and sediment. 2. Our enclosure experiments have revealed the potential of benthic feeding roach to increase the internal phosphorus loading in temperate shallow lakes. This is of great importance, as roach is one of the dominant fish species in Lake Major, and in several other temperate lakes. The capability of benthic-feeder fishes to stimulate internal phosphorus loading was manifested in increased SRP and TP concentrations. The results on the effect of roach on internal phosphorus loading pointed out that a radical growth in the biomass of benthivorous fish is able to generate increased levels of phosphorus and thus eutrophication as it was observed in Lake Major. 3. The in vitro aquarium experiments have proven that benthic feeding common carp have a strong potential to regenerate/recirculate phosphorus. According to my estimations, carps are able to retain 40% of the total phosphorus ingested, and they excreted/egested 15-17 mg TP fish wet mass kg-1 to the water (60% of the total phosphorus ingested). The major proportion of the released phosphorus was in dissolved or in dispersed form in the water. Phosphorus content of dissolved and dispersed fractions was more than triple compared to the phosphorus content of the particulate matter sedimented in the bottom (faeces). The sedimented matter is also easily degradable and its phosphorus content is mineralized rapidly. Consequently, fish excretion/egestion can increase phosphorus concentrations in the water and lead to the potential development of turbid water state. 4. Results of the gut content analyses on roaches from Lake Balaton showed a clear overlap with the conclusions of the aquarium experiments: phosphorus excretion traits of roach feeding on natural mixed food are almost equal to the phosphorus excretion rate of carps in the first aquarium experiment. Namely, the relative proportion of the excreted SRP in the total phosphorus fraction was ~20% in roach from Balaton, while the SRP excretion rate was 23.5% in carps in the aquarium. Estimated daily phosphorus release by roach (19 mg biomass kg-1) was only 15% higher than the phosphorus release of carp (16 mg biomass kg-1). 5. High-pressure teflon bomb digestion proved to be an efficient method to yield the total phosphorus content of animal tissues. Digestion of a certified reference material resulted in a 94 ± 15% (X mean ± 1 SD) effectiveness in phosphorus retrieval, which confirm the reliability and applicability of this method in phosphorus analyses. Measurements on other sample types (zooplankton, Chironomus larvae, and homogenized whole fish) revealed that the results produced by teflon bomb digestion are comparable to those obtained by other digestion protocols but on the same sample types. 6. Measurements in outdoor enclosures revealed that dense submersed macrovegetation can affect unfavourably the retention of phosphorus, as it may reduce the redox potential of the upper sediment layers. This is of great importance when the sediment is rich in iron, or other redox-sensitive metals, and macrophyte beds are extensive due to the improved water clarity. Based on this, the impact of macrophyte colonization - usually considered as a key factor for the development and stabilization of a clear water state - should be discussed with some assumptions. We must consider that not only the lack of macrophytes, but also their high density (80-100% coverage and total dominance in the water column) is able to trigger internal phosphorus loading and thus eutrophication and turbid water conditions.
Szabadon hozzáférhető
Aeroszol-szennyezés jellemzése Magyarország nagyvárosaiban
Papp, Enikő Ivett; Kertész, Zsófia; Juhász-Nagy Pál doktori iskola
Doktori munkám során bekapcsolódtam az Atommagkutató Intézetben zajló légköri aeroszol kutatásokba. Értekezésem célja a különböző tömegközlekedési eszközök utasterében tapasztalható aeroszol szennyezés jellemzése, illetve Magyarország öt nagyvárosában az egyes aeroszol komponensek földrajzi forrásterületeinek megállapítása. PhD munkám során meghatároztam a különböző típusú járműveken utazás közben észlelhető aeroszol tömegkoncentrációt, elemi összetételt, méreteloszlást és a lehetséges utastéri szennyező forrásokat. Mivel a tömegközlekedési eszközök légterében tapasztalható aeroszol-koncentráció függ a városi levegő minőségétől és összetételétől, fontos ismerni a településeket jellemző aeroszol szennyezőforrásokat is. A városokban tapasztalható légszennyezők azonban nemcsak lokálisak lehetnek, hanem az országhatárokon túlról is érkezhetnek nagytávolságú transzport folyamatok során. Munkám további részében jellemeztem öt magyarországi nagyvárosban a légköri aeroszol szennyezést és megállapítottam a szennyező források földrajzi eredetét különböző légköri modellek alkalmazásával.
Szabadon hozzáférhető
Állat-növény interakciók szerepe a gyepek biodiverzitásának megőrzésében
Godó, Laura; Deák, Balázs; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--Természettudományi és Technológiai Kar -- Biológiai és Ökológiai Intézet, Ökológiai Tanszék
Az értekezés célja azoknak a természetvédelmi szempontból lényeges mechanizmusoknak, pontosabban állat-növény interakcióknak a mélyebb megismerése, melyek szerepet játszanak a szárazgyepek fajkészletének és szerkezetének kialakításában, valamint fenntartásában. Az értekezés első két fejezetében ezeket a folyamatokat olyan természetes és az emberi tevékenységek által jelentősen átalakított tájakban elhelyezkedő gyepi élőhelyeken vizsgáljuk, ahol a gyepek csak kis kiterjedésben és gyakran elszigetelve maradtak fenn. A harmadik fejezetben pedig egy globális áttekintést adunk a kisemlősök magterjesztésben betöltött szerepéről. Az értekezés fejezetei nemzetközi folyóiratokban megjelent közleményeken alapulnak. A közepes intenzitású szarvasmarha legelés szikes- és homoki gyepek növényzetére gyakorolt léptékfüggő hatása: Egy hagyományos kezelési módot, a szarvasmarhával történő legeltetést vizsgáltuk három különböző szárazgyepi élőhelyen. Célunk a közepes legelési nyomással történő legeltetés illetve a felhagyás gyepi- és gyomfajok fajgadagságára gyakorolt hatásának vizsgálata volt különböző térbeli léptékben. A vizsgálat eredményei alapján olyan gyakorlati ajánlásokat fogalmaztunk meg, amelyek elősegítik a vizsgált gyepi élőhelyek megfelelő kezelését, ezáltal biztosítva a gyep megfelelő állapotát és biodiverzitásának fenntartását. A vörös róka talajbolygatásának hatása a szárazgyepi közösségek növényzetének fajösszetételére: Ebben a fejezetben a vörös róka általi talajbolygatás gyepekre gyakorolt hatását vizsgáltuk a táji környezet függvényében. Célunk a növényzet szerkezetének és fajösszetételének vizsgálata volt, különös tekintettel a gyepi és gyomfajok arányára. Kistestű növényevők szerepe a magok terjedésében és a növények megtelepedésében: A magok terjedésének egy sokáig alábecsült és kevéssé ismert módja volt a kistestű növényevők általi magterjesztés. Egy globális irodalmi áttekintés keretében ennek a csoportnak a magterjesztő szerepét kívántuk áttekinteni és értékelni. Értékeltük a csoport általi magterjesztési módokat, illetve azokat az abiotikus és biotikus környezeti tényezőket, melyek befolyásolhatják a terjedési folyamatokat. Ismertettük a kistestű növényevők azon élőhely-formáló viselkedési formáit, amelyek elősegítik a magok csírázását és lehetőséget nyújtanak a növények sikeres megtelepedésére. Kiemelt figyelmet fordítottunk a kutatási terület hiányosságainak hangsúlyozására és javaslatokat tettünk a jövőbeli kutatási irányokra.
Szabadon hozzáférhető
Alternatív oxidáz gének evolúciója az Aspergillaceae gombacsalád fajaiban
Márton, Alexandra; Karaffa, Levente; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; Természettudományi és Technológiai Kar::Biotechnológiai Intézet::Biomérnöki Tanszék
Doktori értekezésemben összefoglalom az Aspergillaceae családba tartozó gombafajok aox génjeinek filogenetikai elemzéséből kapott eredményeit, melyek több millió éven át tartó történéseket fednek fel. Négy génduplikációs esemény mellett számos génvesztési mintázat jött létre, továbbá az A. niger törzsek vizsgálatával különböző mutációkat találtunk, melyek a másodlagos aox génről átírt fehérjék működését befolyásolják. A filogenetikai analízissel hozzájárultunk az aox génnel kapcsolatos ismereteink bővítéséhez, hiszen ebben a megközelítésben nem áll rendelkezésre irodalmi adat sem a gén eredetéről, sem evolúciójáról az Aspergillaceae család fajaiban. Mivel számos iparilag fontos gomba, továbbá humán- vagy növény patogén tartozik ide, egy olyan gén vizsgálata, ami a metabolikus plaszticitás biztosításával a túlélést segíti elő, kiemelkedő jelentőséggel bír.
Szabadon hozzáférhető
Analysis of Environmental Load Dased on the Elemental Contents of Individuals
Simon, Edina; Tóthmérész, Béla; Braun, Mihály; Simon, Edina; Juhász-Nagy Pál doktori iskola
The main aim of my dissertation was to develop method for analysis of small amount of animal samples which is suitable for individual analysis of insects and analysis of toe bones of amphibians. Elemental composition of insects and the toe bone of anurans were determined in population level which gives a more detailed study of environmental loads. In my dissertation the main scientific results are the following: Measured parameters of ICP-OES-USN were optimized for insect sample analysis. The robust plasma parameters were determined based on ratio of Mg II 280.270 nm / Mg I 285.213. Selection of spectral lines was based on intensities, limit of detections and results of model solution and standard addition experiments. Therefore, 36 spectral lines of 16 elements are recommended for analysis of insect samples. In the cases of other lines of elements, their limit of detections and their tolerance of interference were higher. This method is suitable for small weight insect samples and it provides a new opportunity studying variability of elemental contents of insects in population level in environmental studies. Based on our result trapping and conservation fluids were significant effect on elemental composition of insect samples. These fluids changed the wet and dry body mass therefore they biased the determination of elemental concentrations. On the other hand impurities of the common anti-freeze solution were enriched in insect tissues. Similar effect on body mass was found, when high and low quality ethylene glycols were used as trapping fluid. The analytical, puriss and technical glycols did not contain measurable impurities. Micro analytical methods give a new opportunity using anurans as bioindicators. A small toe bones provide appropriate amount of sample estimating elemental composition of bones. Our results showed that elemental composition of toe bones correlated by large part of skeleton . Anthropogenic activity of urbanized areas has effect on the elemental composition of toad toe bones. Concentration of major elements Ca, P, Mg was higher in the toe bones in rural sites, while concentration of Zn was the highest in urban sites. The developed method is appropriate for elemental analysis of small weight invertebrates and small body parts of vertebrates. In the cases of invertebrates the live trapping collection and storage under freezing conditions could be a more reliable method for quantitative analytical studies. Analysis of anurans toe bones is a new fault-free method which could apply without serious damage of living frogs. It may open further ways in environmental load assessments. A doktori értekezés célja környezeti terhelés kimutatására alkalmzaható mikroanalitikai módszerfejlesztés volt, amellyel mikrogramm mérettartományba tartozó élőlények mintáit lehet mérni. A kifejlesztett módszerrel gerinctelenek közül a verőkőltö bodobácsokat, gerincesek közül pedig béka és varangy ujjperceket vizsgáltunk. A módszer fejlesztés feltétele volt, hogy alkalmas legyen egyetlen rovar, illetve ujjperc elemösszetételének vizsgálatára. Ezáltal mind a rovarok, mind a békák/varangyok elemösszetételbeli változása populációszinten vizsgálható legyen környezetterhelést vizsgáló tanulmányokban. Ezek alapján az értekezés főbb tudományos eredményei a következők. Induktív csatolású plasma optikai emissziós spekrtometriai módszer és ultrahangos porlasztó (ICP-OES-USN) mérési körülményeit optimáltuk rovar minták egyedi elemanalitikai elemzéséhez. Meghatároztuk a készülékre jellemző robusztus plazmaparamétereket, illetve az analitikai módszer fejlesztés során az elemek színképvonalának érzékenységét, kimutatási határait és spektrális zavarásait vettük figyelembe. A rovarminták elemanalitikai vizsgálataihoz 16 elem 36 színképvonalát ajánljuk vizsgálataink alapján. A kifejlesztett mikroanalitikai módszer kis tömegű rovarminták egyedenkénti vizsgálatára alkalmas, ezáltal egy új lehetőséget jelent a rovarpopulációk elemtartalmának változására a környezetvédelmi tanulmányokban. Vizsgálatainkkal bizonyítottuk, hogy a csapdázó és tartósító oldat jelentős hatással van a rovarok elemösszetételére. Egyrészt, ezek az oldatok jelentős hatással vannak a rovar minták nedves és/vagy száraz tömegére. Másrészt, a csapdázó oldatként használt hagyományos fagyálló jelentős mennyisében tartalmaz szervetlen szennyezőket, amelyek bejuthatnak a rovar szövetekbe, ezáltal torzítva a releváns elemkoncentrációkat. A különböző minőségű hígítatlan glikolokkal végezett kísérletünkkel bizonyítottuk a csapdázó anyagként használt oldatok tömegnövekedést okozó hatását, amely torzítja a rovarok elemösszetételre kapott eredményeket. A módszerfejlesztéssel lehetőség van gerincesek közül a béka/varangy csontok elem-összetételbeli vizsgálatára is. A vizsgálatok bizonyítják, hogy a kis tömegű ujjpercek elemösszetétele alapján a vázrendszer egy része reprezentálható. A városiasodás hatásának vizsgálata során eredményeink azt mutatják, hogy az antropogén hatások okozhatnak különbségeket a ujjpercek elemösszetételében. Igazolja ezt, hogy a főcsont alkotó elemek koncentrációja alacsonyabb volt a városi területről gyűjtött varangy ujjpercekben. Az általunk kifejlesztett mikroanalitikai módszer alkalmas kis tömegű gerinctelenek és gerincesek szerveinek vizsgálatára. Eredményeim azt mutatják, hogy gerinctelenek esetében az élvefogó csapdázás és a fagyasztva tárolás a legalkalmasabb módszer a gerincteleneket indikátor szervezettként alkalmazó kvantitatív analitikai vizsgálatokban. Ugyanakkor a béka/varangy ujjpercek elemösszetételének vizsgálata pedig egy új lehetőséget jelent, amely alkalmazható élő állatokon, ezáltal a környezetminősítés becslésében indikátor szervezetekként alkalmazhatók.
Szabadon hozzáférhető
Anionok szorpciója kationcserével módosított bentonitokon
Buzetzky, Dóra Beáta; Kónya, József; Buzetzky, Dóra Beáta; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--Természettudományi és Technológiai Kar -- Fizikai Kémiai Tanszék
A XXI. század egyik fontos célja a környezet állapotának javítása. A szennyező anyagok kibocsátása kedvezőtlen hatást gyakorolhat a környezetre és a közegészségügyre. Ezért elsődlegesen olyan kezelési folyamatok kialakítására van szükség, melyek elkülönítik és eltávolítják a szennyeződéseket a környezetükből. Így kutatásom célja a környezetszennyező anionok (foszfát- és arzenitionok) és hosszú felezési idejű radioaktív izotópok (36Cl-, 129I-, 99Tc-izotópok, mint pertechnetátionok TcO4-) megkötése módosított agyagkőzeteken. Mivel ezek a vizsgálni kívánt szennyezők anionos jellegűek, a természetes agyagokon nem szorbeálódnak számottevő mértékben, ezért a migrációjuk viszonylag gyors, a környezetben levő vízzel együtt történik. Ennek csökkentésére szolgálnak azok a módosítások, melyek olyan kötőhelyeket teremtenek az agyagkőzetekben, ahol az anionok is tudnak szorbeálódni, ill. kicsapódhatnak a felületen rosszul oldódó sók formájában, ezzel csökkentve a migrációt. A foszfát- és arzenitionok megkötődését ritkaföldém (RFF(III))- és Fe(III)- bentonitokon, a klorid- és jodidionok szorpcióját Ag- bentoniton, míg a pertechnetátionok megkötését Mn(II)-, Cr(III)- és Sn(II)-bentonitokon vizsgáltam. A La(III)-, Ce(III)-, Y(III)-, Fe(III)-, Ag-, Mn(II)-, Cr(III)-, Sn(II)-bentonitokat ioncserével állítottam elő Ca-bentonitból. Az eredmények hasznosak a radioaktív hulladéktárolók, illetve mérnöki gátak tervezésénél. Eredményeim segítséget nyújthatnak annak megakadályozásában, hogy a nem kívánt szennyezőanyagok kijussanak a természetbe.
Szabadon hozzáférhető
Antropogén eredetű környezetterhelés tesztelése és szoftveres módszerek fejlesztése
Málik-Roffa, Hajnalka; Mizser, Szabolcs; Roffa, Hajnalka; Juhász-Nagy Pál Doktori Iskola; Debreceni Egyetem::Természettudományi és Technológiai Kar
A disszertáció három résztémát fog össze, amiket egységbe zár az antropogén hatások ökológiai célú elemzése. A cél megismerni az antropogén eredetű környezetterhelések hatását terepi vizsgálatok és szakirodalmi adatok elemzésével, figyelmet fordítva a morfometriai változásokra és a mikroelem összetételre. Emellett kiemelten fontos cél egy olyan könnyen kezelhető, operációs rendszertől független mozgásdetektáló program létrehozása, amely alkalmas a viselkedéselemzéseknél használt vizsgálatok számszerűsítésére és segít csökkenteni az emberi tényezők okozta hibalehetőségeket. A metaanalízisbe bevont földigiliszta fajoknál az egyes elemek (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb és Zn) felhalmozódása szignifikánsan magasabb volt a szennyezett talajból származó földigilisztákban, mint a kontroll területről származókban. Az egyes elemek felhalmozódását értékelve a talaj pH-jának szignifikáns hatását csak egy esetben tapasztaltuk. Környezetterhelés hatásainak vizsgálata során Silpha tristis egyedek mikroelem-összetételét és testi szimmetria viszonyait elemeztünk. Az erősen szennyezett területről származó hím egyedek esetében a B, Ca és a Sr magasabb koncentrációt mértünk a kevésbé szennyezett területekhez képest. Az fluktuáló aszimmetria vizsgálatba vont bélyegek szimmetria-viszonyában szignifikáns különbségek figyelhetőek meg a szennyezett területen a többihez képest. A csápok, illetve az első és harmadik tibia (lábszár) paramétereinél szignifikáns eltérések tapasztalhatóak a nőstény egyedek között a szennyezett területen. Ecological analysis of anthropogenic impacts are the central topics of the dissertation. The aim was to understand the effects of anthropogenic environmental stressors through field studies and literature data analysis, with attention to morphometric changes and trace element composition. I also created an easy-to-use, operating system-independent motion detection program (BugTracker) that is suitable for quantifying studies used in behavior analysis using the latest algorithms and help reduce the potential for human error. The trace element analysis of Silpha tristis specimens revealed significant differences in the case of male individuals from the contaminated area in terms of B, Ca, and Sr. We found significant differences in the symmetry of the stamps included in the fluctuating asymmetry analysis in the contaminated area. We also found significant differences in the parameters of the antennae and the first and third tibia (shank) among female individuals in terms of the contaminated area. In earthworm species included in the meta-analysis, accumulation of individual metal elements (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn) was significantly higher in earthworms from contaminated soil than those from control areas.
Szabadon hozzáférhető
Az antropogén terhelések és az abiotikus tényezők változásának hidroökológiai elemzése
Somlyai, Imre; Grigorszky, István; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--Természettudományi és Technológiai Kar -- Biológiai és Ökológiai Intézet, Hidrobiológiai Tanszék
A doktori értekezés három témát ölel fel az antropogén terhelések és az abiotikus tényezők változásának hidroökológiai elemzése kérdéskörben. 1. Antropogén hatások vizsgálata abiotikus tényezők segítségével a Tócón Az EU VKI szerinti vízminősítés kevés mintavételi helyen vizsgálja a kisvízfolyásokat. Pedig sok esetben ezek mentén is igen változatos körülményeket találunk. Egy alföldi ér típusú kisvízfolyást a Tócót vizsgáltuk, melynek forrása és folyása mentén sokféle tájhasználati típus megtalálható. Mintavételi helyeinket a Tócó eredési ágaitól Debrecenben a 33-as számú főútig jelöltük ki. A mintavételi időszak 2013 és 2015 között, 26 mintavételi helyen történtek. Főkomponens analízist talkalmaztunk, hogy a vizsgált fizikai és kémiai változók közül, melyek bizonyulnak a leginkább elkülönítésre alkalmasnak a Tócón kijelölt mintavételi helyek vízminősége esetében Eredményeink alapján elmondható, hogy a vizsgált vízfolyás mintavételi pontjainak elkülönülését legnagyobb mértékben befolyásoló fő változók koncentrációi (nitrit-, nitrát- és ortofoszfátion) igen változatosan alakultak a különböző mintavételi helyeken – mind azonos időszakban, mind a három évszakra vonatkoztatva. A kisvízfolyást ért sokféle hatás igen sok esetben az alföldi ér vízminőségi állapotának változását, és természetes jellegének elvesztését eredményezi. Vizsgálatunkkal igyekeztünk rámutatni, hogy egy kisvízfolyás esetén is fontos a nagyobb részletességű monitorozás, mint amit esetükben például az EU VKI előír. 2. Algataxonok dominanciaviszonyaira ható abiotikus tényezők vizsgálata a Német-zugi-Holt-Körösön A vizsgált holtmeder Gyomaendrőd település határában, a Hármas-Körös jobb partján található. A vízminták gyűjtése január és június között havonta történt 2013-ban és 2014-ben. A fizika és kémiai változók mérésén kívül a jelenlevő algaközösséget mintáztuk, hogy tisztázzuk a Palatinus apiculatus és a Stephanodiscus minutulus taxonok évenkén változó dominanciájának hátterét. Eredményeink alapján a hőmérséklet tavaszi lassú növekedése a P. apiculatus vegetatív sejtjeinek fejlődését segíti elő, míg cisztaképződésüket késlelteti, így lehetőséget teremt tavasszal a páncélos ostorosok dominanciájának kialakulásához. Ellenben a gyorsan növekvő tavaszi vízhőmérséklet sietteti a P. apiculatus cisztaképződését, ami a kovaalga-dominanciát segíti elő. 3. Algataxonok időbeli és térbeli mintázatait szabályozó tényezők vizsgálata a Lázbérci-tározóban Vizsgálatunkat a Lázbérci-tározóban végeztük. Mintavételi helyeinket 3 régióba soroltuk. A mintavételi időszakban a mintavételi helyeken havonta vettünk mintákat, ahol fizika és kémiai változók mérésén kívül a jelenlevő algaközösséget mintáztuk. A kémiai változóknál elvégzett kanonikus varianciaanalízis alapján az egyes mintavételi helyek és a hozzájuk kapcsolódó két algafaj előfordulása elkülönül a tározó területén. A tározó három különböző régióra osztható fel. A tározó alsó régiójára jellemző a C. hirundinella és a M. aeruginosa együttes előfordulása. A vizsgált taxonok együttes előfordulásában meghatározó jelentőségű abiotikus tényező volt az ammoniumion- és az ortofoszfátion-koncentráció, a vezetőképesség, a kialakuló oxigénhiány, a vízhőmérséklet, a megváltozott fényáteresztési és zavarossági viszonyok, ugyanakkor a légköri nitrogénnek is fontos szerepe volt a nitrogénkötő cianobaktériumok tömegprodukciójában. A vizsgálat időszakában kialakuló speciális hidrológiai és időjárási körülmények lehetővé tették, hogy a felkeveredéssel a foszfor a felső, fotikus rétegbe kerüljön, ezáltal a cianobaktériumok és az eukarióta algák tömegprodukciója következett be.
Szabadon hozzáférhető
Antropogén tevékenységek hatása ízeltlábú szervezetek morfometriai jellemzőire és mikroelem összetételére
Papp, Dalma; Kundrát-Simon, Edina; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--Természettudományi és Technológiai Kar -- Ökológia Tanszék
Az ízeltlábúak, köztük a szárazföldi ászkarákok (Crustacea: Isopoda) és a futóbogarak (Coleoptera: Carabidae) az antropogén eredetű stressz hatékony indikátorai. A környezeti stresszfaktorok negatív hatásai kimutathatók az ászka és futóbogár egyedek mikroelem összetételében és koncentrációiban, illetve morfometriai paramétereiben és testi szimmetriájában bekövetkező változások vizsgálatával. Célunk antropogén hatások vizsgálata volt Armadillidium vulgare egyedek mikroelem összetételére és testi szimmetriájára egy urbanizációs grádiens mentén, Debrecenben és környékén. Vizsgáltuk urbanizáció hatásait futóbogár fajok (Abax parallelepipedus, Pterostichus oblongopunctatus, Carabus scheidleri és Carabus violaceus) morfometriai paramétereinek állapotára egy-egy általunk kijelölt urbanizációs grádiens mentén Bécs és Debrecen területén. Továbbá metaanalízis végeztünk, hogy hiteles áttekintést nyerjünk kontroll és szennyezett mintavételi területekről gyűjtött futóbogár fajok fémakkumulációjáról. Szignifikáns különbségeket csak az A. vulgare egyedek Ba és Cu koncentrációja alapján tapasztaltunk a grádiens mentén. A nőstény A. vulgare egyedek szervezetében szignifikánsan nagyobb Ba koncentrációt tapasztaltunk. A vizsgált mikroelemek közül a Cu esetében bizonyult a talaj és az avar fő expozíciós forrásnak. A bilaterális szervek szimmetria viszonya, és a vizsgált metrikus paraméterek értékei nem változtak szignifikánsan a grádiens mentén. A vizsgált futóbogár fajok esetében a C. scheidleri, C. violaceus és P. oblongopunctatus átlagos elytra hossza csökkent a városi területek irányába. A futóbogár fajok nőstény egyedeinek esetében pedig általánosan nagyobb elytra hossz volt megfigyelhető. Az A. parallelepipedus esetében a városi, a P. oblongopunctatus esetében a városszéli mintavételi területen volt tapasztalható a legnagyobb átlagos tibia hossz. A vizsgált palpomer paraméterek a városszéli mintavételi területek irányába növekedtek. A hím egyedek általánosan nagyobb palpomer és antennomer paraméterekkel rendelkeztek. A vizsgált antennomer paraméterek a városszéli és városi mintavételi területek irányába növekedtek. A vizsgált morfometriai paraméterek degradációja a legtöbb esetben a városi területekről származó nőstény egyedek esetében figyelhető meg, ezzel ellentétben a hímek paraméterei növekedést mutatnak az urbanizált mintavételi területek irányába. Eredményeink igazolták, hogy az alacsony és közepes mértékben Cd-, Pb- és Zn-szennyezett környezetben a futóbogarak detoxifikációs mechanizmusai hatékonyabbnak bizonyultak, mint extrém mértékű szennyezettség esetében. A metaanalízis eredményei alapján a szennyezett élőhelyekről származó futóbogár egyedek szervezetében nagyobb koncentrációban akkumulálódott Cd, Pb és Zn. A Cu és Mn akkumulációjának mértéke nem mutatott jelentős különbségeket a szennyezett és kontroll területek között. A szakirodalmi adatok és a terepi vizsgálatok eredményei is azt bizonyítják, hogy az ízeltlábúak, mint bioindikátor szervezetek alkalmasak monitorozó jellegű vizsgálatokra. Arthropod species, including woodlice and ground beetles are sensitive indicators of biotic and abiotic stress. Negative effects of urbanization were detectable based on the amount of trace elements in woodlice and ground beetles; furthermore, morphological traits and symmetry of the individuals’ body can be influenced by environmental stress. We tested the effects of urbanization on Ba, Cu, Fe, Mn, Pb and Zn concentrations and symmetry of Armadillidium vulgare (Crustacea: Isopoda) specimens along an urbanization gradient in and around Debrecen city, Hungary. To assess the effect of urbanization on morphometrical parameters of ground beetles we studied the morphometric characters of Abax parallelepipedus, Carabus scheidleri, Carabus violaceus and Pterostichus oblongopunctatus along urbanization gradients in and around the cities of Vienna and Debrecen. By studying ground beetle species as model organisms we tested our pollution intensity-dependent disposal hypothesis in the cases of five potential pollutants (Cd, Cu, Mn, Pb and Zn) among four soil pollution intensity levels using categorical meta-analysis on published data. We found significant differences in Ba and Cu concentration of woodlice along the gradient. Ba concentration was higher in female A. vulgare individuals. BAF values indicated that A. vulgare accumulated Cu from soil and leaf litter. We found significant differences between males and females based on parameters of flagellomers and antennomers. Urbanization had no effect on woodlice morphometry and symmetry along the gradient. We found significant differences among urban, suburban, and rural areas in the parameters of antennomers, palpomers, the length of femur, tibia and elytra of the carabids. We also found significant differences between males and females based on the parameters of antennomers, labial palpus, maxillary palpus, femur, tibia and elytra. Interaction between urbanization and sex was found in the case of antennomers, maxillary palpus, labial palpus, femur, tibia and elytra. The morphometric parameters of females reduced, while the parameters of males were increased towards the urbanized areas. Significant asymmetry was found in maxillary palpus and labial palpus for all tested species along the gradient. We found that detoxification mechanisms of ground beetles were significantly more effective in low and moderate pollution levels, than in extremely polluted habitat. In extremely polluted habitats the accumulation of Cd, Pb, and Zn in ground beetles was significantly higher than in lowly polluted ones. In our study the pollution level of habitat had no effect on accumulation pattern of Cu és Mn.
Szabadon hozzáférhető
Application of chlorophyll fluorescence imaging in duckweed ecotoxicological testing
Irfan, Muhammad; Oláh, Viktor; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; Természettudományi és Technológiai Kar::Biológiai és Ökológiai Intézet::Növénytani Tanszék
Increasing freshwater pollution due to anthropogenic activities have resulted in an immediate need for in situ water quality monitoring for management and conservation purposes. Different bioindicator organisms are being used to monitor water quality and model the toxicological effects of environmental pollutants. Using duckweeds in toxicological studies is becoming common due to their superior characteristics including fast growth rate, easy management, and faster response rate. In addition to classical growth-based toxicological assays, chlorophyll fluorescence (ChlF) induction-based methods are also becoming popular in duckweed toxicity tests as non-destructive, fast and easily applicable way to measure photosynthetic inhibition under toxicant exposure. In the growth-based toxicological assays, the adverse effects of the applied toxicants are mainly characterized as changes in the growth rates of surface area or production of new fronds. The ChlF-based methods, on the other hand, rely on the measurement of ground and maximum fluorescence levels under dark- and light-adapted states of the photosystem. These basic parameters are then used to derive many ChlF-based endpoints for the measurement of toxic effects. In this research, two duckweed species, namely Spirodela polyrhiza and Lemna gibba were used to assess the most sensitive endpoints using Pulse Amplitude Modulated (PAM) ChlF method and to possibly reduce the required measurement duration. The sensitivity of ChlF-based endpoints was then compared with the most applicable and most sensitive surface area growth-based endpoint to check the potential of ChlF alone to substitute the growth-based endpoints. Another aim of this research was to measure these endpoints from a small, less resource intensive and comparatively short-term tissue-culture plate-based system instead of the standardized duckweed testing system with higher infrastructure and resource requirements. For this purpose, plants were grown in smaller volume of test solutions for a shorter period. In short, the efforts were made to significantly reduce the time and effort required for the standard assay methods while producing higher throughput and increasing the efficiency of the tests. According to our findings with S. polyrhiza, many ChlF-endpoints responded to the applied treatments with varying degrees of sensitivity. Out of the tested ChlF-based endpoints, the sensitivity of dark-adapted chlorophyll ﬂuorescence endpoint Fv/Fo was notably higher than that of the widely used Fv/Fm. On the other hand, Y(II) proved to be amongst the most sensitive light-adapted endpoints. The results emphasized the importance to consider reporting information on Fv/Fo as well in addition to Fv/Fm. The sensitivity of the selected highly responsive endpoints (i.e., Y(II) and Fv/Fo) were then subjected to comparative toxicity tests using different metals and metalloids in duckweed L. gibba. During these tests, the ChlF-generated images were also used to simultaneously measure the growth-based parameters of the test cultures. On the one hand, the results with L. gibba supported the fact that using the small-scale, multi-well-plate-based testing system could come in handy in terms of saving space, growth- and analysis-duration and required smaller volumes of testing solutions. On the other hand, the sensitivity of such growth inhibition tests was lower as compared to standard tests. Despite such lower sensitivity, the tested elements showed comparable order of phytotoxicity to previously conducted OECD- and ISO-conform tests. The responsiveness of individual tested endpoints, based on their calculated effective concentrations, were also noticeably different. The results of this study also supported the higher sensitivity of growth-inhibition-based endpoints and hence ruled out their complete substitution by ChlF-based phytotoxicity endpoints in duckweed toxicity testing. Another observation of this study was the underestimation of photosynthesis-inhibiting effects due to the exclusion of chlorotic frond parts when exposed to an element with high acute phytotoxic potential. The results of this study also suggested that changes in the photochemical efﬁciency of duckweeds were not necessarily corresponding to the growth responses due to such exclusions. Another attempt to make the measurements shorter, that is using ChlF-based Fm images to measure growth-based parameters of the test cultures, also proved to bias the measurement. This was due to chlorotic regions in fronds that appeared as virtual loss in total surface area causing an underestimation in this growth parameter. Despite the comparatively lower sensitivity and methodological constraints, ChlF-based phenotyping techniques can increase the throughput of toxicity assays by providing a non-invasive tool for physiological monitoring. Furthermore, the utilization of imaging techniques in ChlF allowed for the simultaneous measurement of duckweed growth and photosynthetic responses in phytotoxicity studies, resulting in a considerable reduction in testing duration. Finally, using the small-scale multi-well-plate-based testing system in combination with ChlF imaging technique, duckweed phytotoxicity assays can facilitate simultaneous screening of large sample series or multiple duckweed species/clones within a short duration.
Szabadon hozzáférhető
Aspegillus fajok oxidatív stresszválasza
Vassné Orosz, Erzsébet; Pócsi, István; Orosz, Erzsébet; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--Természettudományi és Technológiai Kar -- Biotechnológiai és Mikrobiológiai Tanszék
Az Aspergillus fajok molekuláris biológiai, mezőgazdasági, ipari és orvosbiológiai jelentőségük miatt napjaink egyre inkább kutatott organizmusai közé tartoznak. A 17 Aspergillus faj oxidatív stresszválaszának kutatásához élettani elemzéseket végeztünk. H2O2 által indukált oxidatív stresszben az A. niger (CBS 113.46 és NCCB 402), az A. oryzae (Rib40) és az A. nidulans (FGSCA4) fajok vizsgált törzsei voltak a legtoleránsabbak. Az A. fumigatus humán opportunista patogén gomba volt a legérzékenyebb faj a H2O2 okozta stresszre. Az összehasonlító genomikai vizsgálat eredményei alapján azt találtuk, hogy ennek hátterében a benne megtalálható, többi fajtól eltérő katalázok (cIII csoportbeli CatC) jelenléte/hiánya állhat (Dr. Miskei Márton munkája alapján, de Vries és mtsi, 2017). Az összehasonlító genomikai vizsgálatok az MSB stressz toleráns A. brasiliensis (CBS 101740) genomjában két új típusú SodA fehérje ortológot tártak fel. Valószínűleg az A. brasiliensis ezen genetikai tulajdonsága révén képes hatékonyan védekezni az MSB stressz alatt létrejött szuperoxid gyökök ellen (Dr. Miskei MáValószínűleg az A. brasiliensis ezen genetikai tulajdonsága révén képes hatékonyan védekezni az MSB stressz alatt létrejött szuperoxid gyökök ellen. A 17 Aspergillus faj stressz élettani adatinak összegyűjtésére a Fungal Stress Database adatbázist hoztuk létre (de Vries és mtsi, 2017; Fungal Stress Database; http://www.fung-stress.org/). Az Aspergillusok oxidatív stresszválaszának megértéséhez, a továbbiakban az A. nidulans gombát vizsgáltuk részletesebben. Munkánk során tBOOH, MSB és diamid által kiváltott oxidatív stressz alatt az A. nidulans egy bZIP-típusú transzkripciós fehérjéjének, az AtfA-nak (AN2911) szabályozó szerepét tártuk fel. Transzkriptomikai analízissel a különböző stresszválasz regulátor gének expressziójának AtfA-függését elemeztük. Az eredmények alapján egy három hipotézisből álló modellt hoztunk létre az A. nidulansban lévő AtfA fehérje oxidatív stresszválaszban betöltött szabályozó funkciójának meghatározására: 1. hipotézis: Az AtfA fehérje közvetve vagy közvetlenül számos olyan gén szabályozásában vesz részt, amelyek fontos stresszválasz elemeket kódolnak. Ez a feltevés indokolhatja az atfA deléció különböző funkciójú génekre gyakorolt hatását. 2. hipotézis: Az AtfA kölcsönhatásba lép más, fontos stressz szignál hálózati elemmel és/vagy transzkripciós szabályozó fehérjével. 3. hipotézis: Az AtfA fehérje közvetve vagy közvetlenül gátolja bizonyos szignál transzdukciós hálózati elemek és/vagy egyéb transzkripciós faktorok aktivitását. Végeredményül elmondható, hogy az A. nidulans oxidatív stresszválasz szabályozását több jelátviteli mechanizmus és regulátor fehérje összehangolt működése végzi. Várhatóan a jövőben az A. nidulans modell fonalas gomba hatékonyan felhasználható lesz sok más gombákban végbemenő stresszt szabályozó folyamatok modellezéséhez és megértéséhez. The Aspergillus species, owing to their remarkable molecular biological, agricultural, industrial and biomedical importance, are among today’s most studied microorganisms. To investigate the oxidative stress responses of 17 Aspergillus species stress physiological analysis was performed. Under H2O2 induced oxidative stress, the studied strains of A. niger (CBS 113.46 and NCCB 402), A. oryzae (Rib40) and A. nidulans (FGSCA4) were the most tolerant species. The human opportunistic pathogen A. fumigatus fungus was the most sensitive species under H2O2 induced oxidative stress. Based on the results of comparative genomic analyses we found that this observation could be coupled to the presence or absence of some catalases present in other Aspergillus species (based on the work of Dr. Márton Miskei, de Vries et al, 2017). As a result of the comparative genomic analyses two new-type SodA orthologues were revealed in the genome of MSB stress tolerant A. brasiliensis (CBS 101740). Probably because of this genetic feature this fungus is able to cope effectively with superoxide radicals formed under MSB stress (based on the work of Dr. Márton Miskei, de Vries et al, 2017). To collect the stress physiology data of 17 Aspergillus species the Fungal Stress Database was created (de Vries et al., Fungal Stress Database; http://www.fung-stress.org/). To understand the oxidative stress responses of the aspergilli more deeply, we examined the stress response of the model organism A. nidulans in more details. In our work, we revealed the important regulatory role of the bZIP-type transcription factor AtfA (locus ID AN2911) of A. nidulans under tBOOH, MSB and diamide induced oxidative stress. We investigated the AtfA-dependent expression of different stress response genes with transcriptomic methods. Based on these results, we can conclude that AtfA protein play a key role in the regulation of secondary metabolite production in A. nidulans under oxidative stress. Furthermore, a model was constructed for the determination of the regulatory function of the AtfA in the oxidative stress response of A. nidulans. The model includes the following three hypotheses: Hypothesis 1. AtfA directly or indirectly takes part in the regulation of numerous genes encoding elements of stress response network. This assumption may justify the effects of atfA deletion on genes with versatile functions. Hypothesis 2. AtfA interacts with other important stress signalling elements and/or transcriptional regulatory proteins. Hypothesis 3. AtfA directly or indirectly inhibits the activity of certain signal transduction network elements and/or other transcriptional factors. Finally, we can conclude that the regulation of oxidative stress response in A. nidulans is accomplished by the coordinated action of several signalling mechanisms and regulator proteins. Probably in the future the A. nidulans model filamentous fungus can be effectively used to model and understand stress-control processes in many other fungi.
Szabadon hozzáférhető
Aspergillus fajok nehézfém-szennyezések bioremediácójában való alkalmazásának potenciális lehetőségei
Boczonádi, Imre; Pócsi, István; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--Természettudományi és Technológiai Kar -- Biotechnológiai Intézet, Molekuláris Biotechnológiai és Mikrobiológiai Tanszék
Napjainkban a ritkaföldfémekre (REE) egyre nagyobb figyelem irányul, köszönhetően egyedi tulajdonságaiknak és rendkívül széles ipari alkalmazhatóságuknak. Ennek eredményeként a REE szennyezett talajból, talajvízből való kinyerése egy igen jelentős kutatási feladat. Számos módszer létezik ezek visszanyerésére, például kicsapás, szűrés, oldószeres extrahálás stb., ám ezek a módszerek gazdasági szempontból nem bizonyultak eddig elég vonzónak. Nem szabad viszont elfelejtenünk, hogy ezen értékes fémek jelenléte mellett környezetünket egyre nagyobb mértékben terheli nehézfém szennyezés, mely elsősorban az olyan antropogén hatásokból ered, mint a mezőgazdasági vagy ipari tevékenységek. A nehézfém-ionok, például a Cu2+ és Cd2+, eltávolítása a szennyezett talajból vagy szennyvízből elengedhetetlen az egészségre és környezetre gyakorolt káros hatásaik elkerülése érdekében, különös tekintettel, ha ezen szennyezők nagy koncentrációban vannak jelen.
Szabadon hozzáférhető
Az Aspergillus fumigatus humán patogén gombafaj stresszválaszainak vizsgálata
Kurucz, Vivien; Emri, Tamás; Kurucz, Vivien; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--Mezőgazdaság- Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar -- Biotechnológiai és Mikrobiológiai Tanszék
Az Aspergillus fumigatus egy ubikviter, szaprotróf, opportunista patogén fonalas gomba. Az Aspergillus fajok által okozott humán fertőzések több, mint 90%-áért ez a faj felelős. Az emberi szervezeten belül az A. fumigatus-nak többféle stresszel, illetve ezek kombinációjával is meg kell birkóznia. Ilyen tipikus stressz hatások a vaséhezés és az oxidatív stressz is. E két stressz szorosan kapcsolódik egymáshoz: a túl sok vas – redox aktivitásának köszönhetően – oxidatív stresszt generálhat, de a túl kevés vas is felboríthatja a sejtek redox egyensúlyát. A stressz az emberi szervezeten kívül is alapvetően befolyásolja a gomba viselkedését. Az antropogén eredetű stresszhatások közül az egyik legjelentősebb a kadmium szennyezés okozta stressz. A kadmium stressz szorosan kapcsolódik a vas anyagcseréhez (a kadmium transzportja gyakran vas transzporterek segítségével valósul meg) és bár a kadmium nem redox aktív fém, jelenléte oxidatív stressz kialakulásához is elvezet. Dolgozatomban a vaséhezés és az oxidatív stressz közötti kölcsönhatásokat, valamint a kadmium stressz élettani hatásait vizsgáltam. Az első téma keretében arra voltunk kíváncsiak, hogy az emberi szervezetben való növekedéskor is jellemző vaséhezés hogyan befolyásolja a gomba oxidatív stresszel szembeni védekezését. A második téma keretében arra a kérdésre kerestük a választ, hogy az A. fumigatus Af293 törzs miért rezisztens a kadmiumra, illetve kadmium toleranciája kapcsolatba hozható-e vas anyagcseréjével és ezen keresztül befolyásolhatja-e in vivo virulenciáját.
Korlátozottan hozzáférhető
Az Aspergillus nidulans autolitikus enzimtermelésének vizsgálata
Szilágyi-Bónizs, Melinda; Emri, Tamás; Szilágyi, Melinda; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--TEK--Természettudományi és Technológiai Kar --
A gombák akár a természetben, akár a fermentációs iparban gyakran szembesülnek az éhezés jelenségével, amely sejtdegradációhoz, sejthalálhoz és autolízishez vezet. Az autolízis egy olyan jelentős hidroláz aktivitással kísért sejtpusztulási folyamat, amely magába foglalja a sejtfal lebontását is. Jelentőségük ellenére eddig igen kevés, az autolitikus sejtfallebontásban érintett hidrolitikus enzimet azonosítottak. Az Aspergillus nidulans autolizáló tenyészeteiből sikerült egy ß-1,3-glükanázt (EngA) és egy proteinázt (PepJ) izolálnunk. Az enzimek hőmérséklet optimuma 65 °C körül alakult és számottevő aktivitással rendelkeztek a lúgos pH tartományban (pH 7-9). Ez utóbbi azért jelentős, mert autolízis alatt - az ammónia felszabadulásának következtében – a tenyészetek pH-ja lúgos irányban tolódik el, amely eredményeink alapján kifejezetten kedvez a proteináz képződésnek. Az autolitikus ChiB kitináz termelésére nem képes ΔchiB törzshöz hasonlóan a ΔengA törzs is nem autolizáló fenotípust mutatott. A pepJ és/vagy a prtA gének deléciója azonban nem okozott lényeges változást az autolitikus sejtfallebontásban. A konídiumok és a ChiB kitináz képződéséért is felelős FluG-BrlA jelátviteli útvonal meghatározó jelentőségűnek bizonyult az EngA, a PepJ, valamint a PrtA termelődésében is. Kimutattuk, hogy az autolizáló tenyészetek fermentleve jelentős antifungális hatással rendelkezik, amely tulajdonságért nagyrészt az EngA, illetve a ChiB volt felelős. Az engA és a chiB deléciója jelentősen megnövelte a tenyészetek élettartamát és a termelt konídiumok számát, de csökkentette a nehezen hasznosítható szénforráson való növekedés sebességét. Microarray vizsgálattal több, a szénéhezés hatására bekövetkező transzkripcionális változást is detektáltunk. Több, a fehérjeszintézisben érintett gén indukálódásával párhuzamosan számos extracelluláris enzimet kódoló gén indukciója is megfigyelhető volt, amelyek a sejtfal, illetve a környezetben előforduló tápanyagok lebontásában lehetnek fontosak. A szénhidrát, lipid és nitrogén anyagcserében a felépítő és lebontó folyamatok egyensúlya a lebontás irányába tolódott el, amit több, az autofágiában érintett gén indukciója kísért. A konidiogenezis indukálódásával párhuzamosan a hidrofobin termelés is megindult. Indukálódtak továbbá a melanin szintézisben, szekunder metabolitok termelésében érintett gének mellett antifungális fehérjéket kódoló gének is, de a redox folyamtok átalakulása is jellemző volt. Eredményeink alapján elmondható, hogy szénéhező tenyészetekben komplex változások következnek be a túlélés érdekében. Nutrient starvation is a common stress both in the Nature and in the industry. It often causes cellular degradation, cell death and autolysis. Autolysis can be defined as a natural process of self-digestion of aged hyphal cultures, occurring as a result of hydrolase activity, causing degradation of biopolymers including the cell wall structures. Till now only a few hydrolytic enzymes involved in autolytic cell wall degradation have been identified. We identified and purified a ß-1,3-glucanase (EngA) and a proteinase (PepJ) from the fermentation broth of autolytic Aspergillus nidulans cultures. Temperature optima of both purified enzymes were near 65 °C. Both were active at alkalic pH range (pH 7-9), which is important since autolytic cultures, due to their ammonia production, alkalify their environment. This alkalic pH proved to be beneficial to proteinase production. Similarly to the ΔchiB mutant defected in autolytic ChiB production, the ΔengA mutant showed non-autolysing phenotype. In contrast, deletion of the pepJ and/or prtA gene did not disturb the autolytic cell wall degradation. Analysis of deletion mutants demonstrated that the FluG-BrlA signaling pathway, which induces conidiogenesis and ChiB production, also regulated the formation of EngA, PepJ and PrtA. EngA and ChiB were responsible for the antifungal activity of the fermentation broth derived from autolysing cultures. Double deletion of engA and chiB increased long-term viability and conidiogenesis but decreased the growth on culture media containing weak carbon source. Complex transcriptional changes were observed by Microarray experiment. Several genes contributing in protein synthesis were up regulated together with genes encoding extracellular hydrolytic enzymes, which take part in cell wall or nutrient degradation. The balance between biosynthesis and degradation is moved to the direction of degradation in the case of carbohydrate, lipid and nitrogen metabolism, which was accompanied with the induction of genes involved in autophagy. The asexual development and hydrophobin production were induced. Melanin synthesis, secondary metabolite and antifungal protein production were up regulated and the activity of genes involved in redox homeostasis changed. Our results suggest complex changes occurring in carbon starving cultures, which help to prolong survival of fungi.
Korlátozottan hozzáférhető
Az Aspergillus nidulans var. roseus ATCC 58397 törzs jellemzése, echinocandin B és szterigmatocisztin termelésének vizsgálata
Tóth, Viktória; Emri, Tamás; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--TEK--Természettudományi és Technológiai Kar -- Mikrobiális Biotechnológiai és Sejtbiológiai Tanszék
Az elmúlt évtizedekben a különböző típusú, főleg invazív mikózisok száma, jelentősen megemelkedett. Az Aspergillus nidulans var. roseus ATCC 58397 echinocandin B (ECB) termelése révén egy ipari jelentőségű fonalas Ascomycota gomba. Vizsgálataink alapján az A. nidulans var. roseus ATCC 58397 törzs sima falú aszkospórái ellenére sem tartozik az A. nidulans fajba, sokkal inkább az A. rugulosus törzsekkel mutat közeli rokonságot. Erre utalt a kalmodulin, β-tubulin és γ-aktin gének parciális szekvenciája, növekedésének/szénforrás hasznosításának hőmérséklet függése és szekunder metabolit termelése is. Az A. nidulans és az A. rugulosus, illetve az A. nidulans és az A. nidulans var. roseus közötti sikeres paraszexuális hibridizáció ugyanakkor felveti annak lehetőségét, hogy egyes szokatlan tulajdonságú Aspergillus törzsek (köztük akár az A. nidulans var. roseus is) fajok közötti kereszteződés segítségével tettek szert rendhagyó tulajdonságaikra. Az A. nidulans var. roseus echinocandin rezisztenciájának vizsgálata alapján elmondhatjuk, hogy a törzs nem rendelkezik konstitutív echinocandin rezisztenciával a saját maga által termelt ECB-vel szemben. A rezisztencia kialakulásában fontos szerepet játszhatott a kitin szintézis aktiválódása, a specifikus β-1,3-glükán szintáz aktivitások emelkedése és a vegetatív növekedés jelentős lassulása is. Az A. nidulans var. roseus ECB termelését alapvetően meghatározza a tenyésztési hőmérséklet. Vizsgálataink alapján a tenyésztési hőmérséklet csökkentése jelentős transzkripciós szinten is detektálható változást idézett elő a törzsben. A megfigyelt transzkripciós és fiziológiai vizsgálatok alapján, ECB termelő körülmények között nőtt a nitrát redukció intenzitása, nőtt a tenyészetek specifikus kataláz aktivitása, valamint a lipid anyagcsere (zsírsav, triglicerid, szteroid szintézis/lebontás) egyensúlya a szintézis irányába tolódott el. A kísérleteinkhez használt GNL tápleves összetevői közül a szójapepton jelenléte alapvetően meghatározta a termelt szterigmatocisztin (ST) mennyiségét. Optimalizációs vizsgálatainkban a szójapepton Tyr-nal történő helyettesítésével sikerült egy olyan tápközeget kialakítani, amelyben számottevően csökkent a termelt ST mennyisége anélkül, hogy ez a képződött ECB koncentrációját lényegesen csökkentette volna. Kísérleteinkben a napraforgóolaj jelenléte nélkülözhetetlennek bizonyult a hatékony ECB termeléshez. A napraforgóolaj jelenléte - azon túl, hogy a belőle felszabaduló linolsav közvetlenül beépülhet az ECB-be - több ok miatt is előnyös lehetett: 1) Biztosította a tenyészet lassú növekedését. 2) Mérsékelte a tenyészetek megnövekedett lipid szintézis igényét. 3) Gátolta a tenyészet lúgosodását. Vizsgálatainkban négy különböző, fonalas gombák által termelt, a sejtfal homeosztázist befolyásoló antifungális molekula hatása közötti interakciót teszteltük. A kapott eredmények összefoglalásaként elmondható, hogy az ECB antagonista módon viselkedett a PAF-fal, azaz a P. chrysogenum által termelt antifungális fehérjével szemben a fonalas gombák esetében. A sejtfalbontó hidrolázok ugyanakkor szinergista kölcsönhatást mutattak az ECB-vel mind az élesztők, mind a fonalas gombák esetében. E hatás megerősíti azt az általános tapasztalatot, miszerint többféle, eltérő működésű sejtfalkárosító anyag kombinált alkalmazása megnöveli antifungális aktivitásuk hatékonyságát és alátámasztja azon feltételezésünket, miszerint a konstitutív ECB rezisztencia nem előnyös az A. nidulans var. roseus számára, mert megnövelheti más sejtfal stresszorokkal szembeni érzékenységét. Fungal infections, especially invasive mycoses, have become an important health problem in the last decades. Aspergillus nidulans var. roseus ATCC 58397 is an industrially important filamentous Ascomycota strain owing to its production of the antifungal compound echinocandin B (ECB). We found that the A. nidulans var. roseus isolate does not belong to A. nidulans species, despite of its smooth-walled ascospores, rather it shows close similarity to A. rugulosus strains. It was supported by the partial DNA sequence data of calmodulin, β-tubulin and γ-actin genes, the temperature dependence of its growth on different carbon sources and its secondary metabolite production. The possibility of parasexual hybridization between A. nidulans and A. rugulosus as well as between A. nidulans and A. nidulans var. roseus raises the question if some of the taxonomically not fixed Aspergillus isolates, including A. nidulans var. roseus, are the consequence of gene exchanges during the parasexual hybridization of different closely related Aspergillus species. The ECB resistance of A. nidulans var. roseus can be explained with the induction of chitin biosynthesis, the increased β-1,3-glucan synthase activity as well as the reduced vegetative growth. ECB production of A. nidulans var. roseus is depends highly on the culturing temperature. According to our experiments, the reduction of cultural temperature from 37 ºC to 24 ºC had significant effects on the physiology of the culture that could be detected on even transcription level. Under ECB producing conditions intensification of nitrate reduction, increase in catalase activities as well as a shift towards synthesis in the balance of lipid metabolism was observed. According to our results soybean peptone, a component of GNL broth used for ECB production, proved to be important in supporting sterigmatocystin (ST) formation. By replacement of soybean peptone with Tyr and by optimization the composition of this medium we could markedly decrease the ST content of the fermentation broth without significantly decreasing the amount of produced ECB. Sunflower oil proved to be necessary for efficient ECB production. presence of sunflower oil in the fermentation broth can be advantageous in many ways: 1) It ensured continuous growth of the culture. 2) It reduced the need of intensive lipid synthesis supposed. 3) It prevented the alkalification of culture by releasing fatty during its extracellular hydrolysis and by inhibiting ammonia production of the cells. 4) In addition it reduced the antifungal effect of the produced ECB on the fungus. We tested the pairwise interactions between four different antifungal molecules potentially affecting cell wall homeostasis. Summing up the results, ECB and PAF (antifungal protein produced by Penicillium chrysogenum) showed antagonistic effect on the tested filamentous fungi. Cell wall degrading hydrolases showed synergist interaction with ECB in the cases of both yeasts and filamentous fungi. This effect is in good accordance with previous findings showing that combined usage of different types of cell wall degrading compounds increases the efficiency of their antifungal activity. These data also support our assumption that constitutive ECB resistance and production is not advantageous for A. nidulans var. roseus, since it can increase its sensitivity to other cell wall stressors.
Szabadon hozzáférhető
Avar szerepe a csírázásban és gyepek dinamikájában
Miglécz, Tamás; Török, Péter; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--Természettudományi és Technológiai Kar --; DE--Természettudományi és Technológiai Kar --
A szántóföldi művelés intenzívebbé válása Európa szerte a gyepek területének és diverzitásának csökkenéséhez vezetett. A természetközeli állapotú gyepfragmentumok és fajkészletük védelme kiemelt fontosságú a természetvédelem számára. A megmaradt gyepfragmentumok megőrzésében jelentős szerepet játszhatnak a gyepesítési beavatkozások, melyek segítségével bíztosítható az izolált gyepfoltok közötti átjárhatóság a megmaradt gyepfoltok összekapcsolásával, illetve pufferzónák létesítésével növelhető a megmaradt gyepek területe. Eltérő célfajokból álló magkeverékek kölönböző vetőmagnormával történő vetése széles körben elterjedt a különböző gyepek helyreállításakor. A gyepesítés történhet friss kaszálék, összegyűjtött avar, vagy széna kiszórásával is. Az intenzív tájhasználat miatt sok felhagyott szántón magas a talaj tápanyag tartalma. Ez sok gyomfajnak teremt kedvező csírázási és megtelepedési feltételeket, ami lassíthatja a gyepesedés folyamatát. A Ph.D. értekezés három fejezetből áll, melyek mindegyike a jelölt által szerzőként jegyzett impakt faktoros nemzetközi és referált hazai lapokban megjelent közleményeken alapul. Az első fejezetben kevésfajos magkeverékkel gyepesített felhagyott szántók vegetációfejlődését és talajmagbankját tanulmányoztuk. Célunk egy gyakran használt gyepesítési módszer (kevésfajos magkeverék vetés évi egyszeri kaszálással) hatékonyságának vizsgálata volt a gyepek biodiverzitásának helyreállításában és a gyomok visszaszorításában. A második fejezetben kevésfajos magvetés és szénaráhordással kombinált kevésfajos magvetés vegetációfejlődésre gyakorolt hatását vizsgáltuk három korábbi szántóterületen. A harmadik fejezetben eltérő magtömegű, rövid életű keresztesvirágú (Brassicaceae) gyomfajok esetében értékeltük az avarvastagság csírázásra és a csíranövények fejlődésére gyakorolt hatását egy beltéri csíráztatási kísérletben. Eredményeim azt mutatják, hogy kevésfajos magkeverékek vetésével már három év alatt helyreállítható egy vettett vázfajokból álló gyep felhagyott szántóterületeken. Az első években jelentős gyomosodás tapasztalható, azonban a rövid életű gyomok borításértékei a harmadik évre jelentős mértékben lecsökkentek. Egyes területeken évelő gyomfajok, péládul Elymus repens és Cirsium arvense növekvő borítását tapasztaltuk, ami ezeken a területeken hátráltatta a gyepesedés folyamatát. Vizsgálataink alapján a gyomok visszaszorításának hatékonysága magvetést követő évi egyszeri kaszálás alkalmazásakor nagyban függ a gyepesíteni kívánt szántó előveteményétől és a használt magkeveréktől. Eredményeim alapján a szénatakarással kombinált magvetés esetében a szénatakarás alkalmazása szignifikánsan felgyorsította az évelő füvek által dominált gyep kialakulását és a legtöbb területen már az első évben is magasabb gyomvisszaszorítást tett lehetővé, mint az egyszerű magvetés. Az évelő fűborítás kialakulását elősegítette a szénatakarás alkalmazása, ami kedvezett a gyomok visszaszorításának a kombinált módszerrel gyepesített terülteken. A beltéri csíráztatásos kísérletben kimutattuk, hogy rövidéletű Brassicaceae fajok esetében a nagyobb magtömegű fajok csírázása kevésbé érzékeny az avarfelhalmozódásra. A nagyobb magméret számos előnnyel járhat a növények számára. (i) A nagyobb magok több tápanyagot raktározhatnak, így a csíranövény sikeres megtelepedése kedvezőtlenebb körülmények között végbemehet. (ii) A nagyobb magméret nagyobb csíranövény méretet eredményez, amely jobban elviseli az avar vagy talajborítást. Intensification of agriculture leads to the decrease of area and biodiversity of grasslands. Preserving semi-natural grasslands and their biodiversity is crucial for nature protection and conservation. Grassland restoration measures have an important role in conserving the remained grassland fragments. With the use of these measures we can (i) connect grassland fragments by creating green corridors and (ii) we can increase the area of grasslands by creating buffer zones around them. Seed mixtures consisting of several species, sown in different densities is widely used in grassland restoration. The composition of a seed mixtures is strongly depends on the species composition of the target community, site conditions and whether the target species have propagule resources in the neighbouring vegetation. Grasslands can be restored using freshly harvested plant material, raked litter, or hay containing the seeds of target species. This method is capable for (i) accelerating the grassland development or (ii) increasing the species richness of degraded stands. Because of intensive land use many arable fields have high residual soil fertility. This provides ideal circumstances for the germination and establishment of many weed species, and can hamper the establishment of target species. The present dissertation contains three chapters. Each chapter is based on results published in an impacted paper of the author dealing with different aspects of grassland restoration. In the first chapter, short-term vegetation dynamics and soil seed banks were studied in grasslands restored by sowing of low-diversity seed mixtures in former croplands. Our aim was to evaluate the usefulness of a frequently used restoration technique, i.e., sowing low-diversity seed mixtures followed by yearly mowing, in the recovery of grass biodiversity and weed control. In the second chapter we tested the effectiveness of combining low-diversity seed sowing and hay transfer in weed suppression and in the recovery of perennial grass vegetation. In the third chapter we studied the effect of litter thickness on the germination and seedling establishment of six short-lived Brassicaceae species with increasing seed size in an indoor germination experiment. We proved that with the use of low-diversity seed sowing basic grass diversity can be recovered within three years in most of the sown fields. In the first year we found considerable cover of short lived species, but for the third year the cover of short-lived weed species were decreased significantly. Short-lived weeds can be easily suppressed because of their (i) poor competitive ability, (ii) missing persistent seed banks, as was found for several species in this study, (iii) germination inhibition by a physical barrier or shading by both accumulated litter and green biomass, or discharged allelochemicals. In some fields even the recovery of basic grass diversity was delayed by weedy perennials which could not be suppressed by the used restoration method in the short run. We found that the effectiveness of seed sowing followed by mowing in weed suppression can be different on sites with different history or seed mixture used. Our results suggest that the additional application of hay significantly accelerated the development of perennial grassland vegetation and provided a higher weed suppression rate already in the first year in most fields, than seed sowing only. The development of perennial grass cover was facilitated by additional application of hay, which improved suppression of weedy species in most plots with additional hay transfer. Our results clearly indicated the benefits of the joint application of seed sowing and hay-transfer. Low density sowing of seeds helps in the rapid development of perennial grass cover and provides a higher directionality of vegetation changes than hay transfer only. In the indoor germination experiment we proved, that among species in Brassicaceae family with similar life strategy, the increase in seed mass provides an establishment advantage to a respective species in case of litter accumulation. Several mechanisms were reported to be responsible for the germination and establishment advantage of large-seeded species. Large seeds contain higher amounts of nutrient storage tissues which enables them to establish over a wider range of abiotic and biotic conditions. From large seeds generally large seedlings emerge, which have higher rates of seedling survival, and can more successfully compete and tolerate litter or soil coverage than small-seeded ones.
Szabadon hozzáférhető
Avarinput hatása a talaj elemtartalmára és a talaj enzimek aktivitására (Síkfőkút DIRT Project)
Krakomperger, Zsolt; Tóth, János Attila; Tóthmérész, Béla; Juhász-Nagy Pál doktori iskola; DE--TEK--Természettudományi Kar -- Ökológiai Tanszék
A Síkfőkút Project kutatási programot a MAB (Man and Biosphere) program keretében 1972-ben alapították Jakucs Pál vezetésével magyarországi klímazonális, cseres-tölgyes (Quercetum petraeae-cerris) kutatására. A klímaváltozás hatására a Síkfőkúti cseres-tölgyes erdő fafaj összetétele és struktúrája megváltozott, ennek következtében megváltozott az avarprodukció minőségi és mennyiségi összetétele is, ami hatással van a talaj fizikai-kémiai tulajdonságaira, a talajéletre. Az avarprodukció változásának a talajra kifejtett hatását a 2000-ben alakult ILTER (International Long-Term Ecological Research) DIRT (Detritus Input and Removal Treatment) közös magyar-amerikai, interkontinentális projekt keretében vizsgáltuk. A projekt fő célkitűzése annak vizsgálata, hogy a növényi avarprodukció mennyiségi és minőségi változása hosszú távon, különböző klimatikus viszonyok között, hogyan befolyásolja a talaj fizikai és kémiai tulajdonságait, a talaj szerves anyagainak akkumulációját és dinamikáját. Méréseink alapján megállapítható, hogy az avarmegvonásnak a talaj széntartalmára nagyobb hatása van, mint az avar hozzáadásnak, mivel a talaj széntartalma az avarelvonásos kezelések hatására mindkét talajmélységben a Kontrollhoz viszonyítva csökkent, míg az avarduplázásos kezelések hatására csak a 0-5 cm-es talajmélységben nőtt. Kimutattuk, hogy a talaj szerves-N tartalma az avarmegvonásos kezelések hatására mindkét talajmélységben csökkent, az 5-15 cm-es mélységben mindhárom avarelvonásos kezelés esetében szignifikánsan. A megduplázott avarkezelések hatására a talaj 0-5 cm-es rétegében a szerves-N tartalom csak a Dupla Avar kezelés esetében nőtt, míg az 5-15 cm-es rétegben csökkenés figyelhető meg. Méréseink alapján megállapítottuk, hogy a csökkenő levélavar bevitel a talaj pH-ját csökkenti, míg a növekvő levélavar bevitel növeli. A talaj pH-ja és a talaj Ca2+- és Mg2+-tartalma között szoros, pozitív korrelációt mutattunk ki. Eredményeink alapján megállapítható, hogyha a klímaváltozás hatására csökkenne az avarprodukció, akkor ez hosszabb távon a talaj Ca2+- és Mg2+-tartalmának a csökkenését, a talaj savanyodását eredményezné. A enzimaktivitás méréseinkből megállapítható, hogy a gyökereknek és rizoszférájuknak nagy jelentősége van a foszfatáz és β-glükozidáz aktivitás kialakításában, és ezek kiesése hosszútávon jelentősen visszaveti aktivitásukat. Három enzim vizsgálata alapján kijelenthető, hogy a lomb- és faavar mennyiségének csökkentése jelentősebb hatást gyakorol a talajra, mint ezek hozzáadása. Korreláció vizsgálattal kimutattuk, hogy a széntartalom az a tényező, mely legjobban befolyásolja az enzimek aktivitását. Kiegészítve az enzim aktivitás vizsgálatainkat a DIRT Project további eredményeivel megállapíthatjuk, hogy ha a klímaváltozás hatására csökken az erdő avarprodukciója, romlik a talaj hőháztartása, mivel nő a talaj hőingása. A talaj felszínére jutó csökkent avarinputból kevesebb Ca2+ és Mg2+ kerül a talajba, aminek hatására a talaj kémhatása savasabb irányba tolódik. Továbbá csökken a talaj szén-, nitrogén-és szervesanyag-tartalma, ami limitálja a mikroorganizmusok anyagcseréjét, ennek következtében lecsökken a talajlégzés és az enzimek (foszfatáz, β-glükozidáz, proteáz) aktivitása. ’Síkfőkút Project’ is a long-term ecological research programme, which was established by Pál Jakucs, in 1972, within the scope of Man and Biosphere programme. Aim of the project is the study of a typical climazonal Turkey oak-forest (Quercetum petraeae-cerris) of Hungary. There are significant changes in the species composition and structure of the Turkey oak forest. This led to modified qualitative and quantitative composition of leaf litter production which also influences the physical, chemical and biological properties of the soil. Effects of changing leaf litter production on the soil are examined as a part of ILTER (International Long-Term Ecological Research) DIRT (Detritus Input and Removal Treatment) intercontinental project. The main purpose of DIRT Project is to examine the long-term effects of qualitative and quantitative changes of litter production on the physical and chemical properties, as well as on dynamics and accumulation of organic matters in the soil under different climatic conditions. The effect of litter withdrawal on the carbon content of soil was larger than the effects of double litter input. In comparison with the control sample, carbon content of the soil decreased by leaf litter withdrawal in both two soil depth while ’Double Litter’ treatments caused increased carbon content only in the depth of 0-5 cm. We pointed out that organic nitrogen content of the soil decreased in both soil depths under the influence of litter withdrawal. In case of the depth of 5-15 cm, all three litter withdrawal treatments caused significant decrease in N content. Under the influence of doubled litter treatments, only ’Double Litter’ treatment increased the organic N content of the upper 0-5 cm thick soil layer, while decreasing concentrations could be detected in the depth of 5-15 cm. According to our measurements, declining litter inputs decrease the pH of the soil, while increasing leaf litter input had the opposite effect. Strong positive correlation was found between the pH value and the Ca2+ and Mg2+ content of the soil. Our results suggest that if the leaf litter production decreased under the influence of climatic changes, the Ca2+ and Mg2+ content of the soil would increase and the soil would become more acidic in a long-term period. Roots and their rhyzospheres play significant roles in the development of phosphatase and β-glucosidase activities; and elimination of these factors significantly hinder the activity of these enzymes in a long-term period. Our result suggest that the examination of the three enzymes that reducing of the amount of litter has larger effects on the soil than the increased litter input. Correlation analysis shows the carbon content has the most influence on enzyme activities. We found that decreased leaf litter production of the forest under the influence of climatic changes leads to worsen the soil heat balance and increasing fluctuations in temperature in the soil. As a consequence of the decreased amount of leaf litter, fewer Ca2+ and Mg2+ get to the soil which leads to acidification of soil pH. In addition, carbon, nitrogen and organic matter content of the soil also decrease which limits the metabolism of microorganisms and consequently, leads to decreased activities of soil respiration and soil enzymes (phosphatase, β-glucosidase and protease).

Böngészés

Juhász-Nagy Pál Doktori Iskola Cím szerinti böngészés

Találat egy oldalon

Rendezési lehetőségek