Rice plants, drainage and crop rotation influence the methanogenic community in rice field soil

The continuous flooding of rice fields results in anoxic conditions in the soil, creating an optimal habitat for anaerobic bacteria and methanogenic archaea. Furthermore, rice plants supply important nutrients for soil microbes by significantly contributing to the carbon pool by excreting carbon compounds through their root system. It is assumed that this supply of nutrients from the rice plants influences the microbial community structure and diversity, but this influence is poorly understood. The first part of this thesis investigates the impact of the rice plant and its growth stages on the microbial community inhabiting flooded rice field soil. In a greenhouse experiment we showed that the presence of the rice plant leads to increased growth of both Archaea and Bacteria by detecting a doubling of the 16S rRNA gene copies. The overall microbial community composition was mainly similar in planted and unplanted soil. However, specific bacterial lineages were more abundant in the presence of the rice plant (e.g Geobacter). In the planted soil major OTUs increased in relative abundance with plant growth stage, indicating that the rice growth stages and dynamics in root exudation influenced the microbial community. Together, these results suggest that the microbial community in the rice field soil is highly adapted to the presence of rice plants, possibly because of the plant-supplied carbon compounds in the soil. The traditional method for rice cultivation is the flooding of the field. However, with the anticipated increase in the human population the demand on resources such as water will increase. Therefore, rice farmers will probably face periods of restricted water availability. A method decreasing the water demand of rice cultivation is the rotation with plants cultivated under upland conditions such as maize, which require less water. Therefore, the second part of this thesis deals with the influence of the rice plant growth stages, field conditions and maize cultivation on the microbial community in rice field soil. During the plant growth stages we detected only minor changes in abundance, composition and activity of both archaeal and bacterial communities. In contrast, changes in field management such as drainage and the cultivation of maize resulted in comparatively stronger changes in the bacterial community. Bacterial lineages that increased in relative abundance under non-flooded conditions were either aerobes such as Spartobacteria and Sphingobacteria or were characterized by their ability to grow under low substrate conditions such as Bacteroidetes and Acidobacteria. Besides archaeal lineages commonly found in rice fields (Methanosarcinaceae, Methanosaetaceae, Methanobacteriaceae and Methanocellaceae) we found notably high numbers of GOM Arc I species within the order of Methanosarcinales, which may be anaerobic methane oxidizers. The archaeal community remained mainly unchanged throughout the monitored season. Interestingly, we observed increased ribosomal RNA levels per cell under the drained conditions. As these conditions were unfavorable for anaerobic bacteria and methanogenic archaea we interpreted this behavior as preparedness for becoming active when conditions improve. In the third part of the thesis we followed the introduction of maize cultivation and concomitant non-flooded conditions on fields that had previously been managed as flooded rice fields. The crop rotation was monitored for two additional years. Thereby we found only minor differences in the bacterial community abundance and activity in the rotational fields in comparison to flooded rice fields. Acidobacteria and Anaeromyxobacter spp. were enriched in the rotational fields while members of anaerobic Chloroflexi and sulfite reducing members of Deltaproteobacteria were found in higher abundance in the rice fields. In contrast, we showed that rotation of flooded rice and upland maize lead to dramatic changes in the archaeal community, indicated by a decrease of anaerobic methanogenic lineages and an increase of aerobic Thaumarchaeota. This was especially apparent in the strong enrichment of Thaumarchaeota of the Soil Crenarchaeotic Group, mainly Candidatus Nitrososphaera, indicating the increasing importance of ammonia oxidation during drainage. Combining qPCR and pyrosequencing data again revealed increased ribosomal numbers per cell for methanogenic species during crop rotation. This stress response, however, did not allow the methanogenic community to recover in the rotational fields during the season of re-flooding and rice cultivation. This thesis provides evidence that the rice plants influence the microbial community in the soil (first part), and that alterations in field management such as drainage or maize cultivation under upland conditions have minor immediate effects on the overall microbial community (second part) but more strongly pronounced long term effects mainly on the archaeal community (third part)

Development of Sensory, Motor and Behavioral Deficits in the Murine Model of Sanfilippo Syndrome Type B

BACKGROUND: Mucopolysaccharidosis (MPS) IIIB (Sanfilippo Syndrome type B) is caused by a deficiency in the lysosomal enzyme N-acetyl-glucosaminidase (Naglu). Children with MPS IIIB develop disturbances of sleep, activity levels, coordination, vision, hearing, and mental functioning culminating in early death. The murine model of MPS IIIB demonstrates lysosomal distention in multiple tissues, a shortened life span, and behavioral changes. PRINCIPAL FINDINGS: To more thoroughly assess MPS IIIB in mice, alterations in circadian rhythm, activity level, motor function, vision, and hearing were tested. The suprachiasmatic nucleus (SCN) developed pathologic changes and locomotor analysis showed that MPS IIIB mice start their daily activity later and have a lower proportion of activity during the night than wild-type controls. Rotarod assessment of motor function revealed a progressive inability to coordinate movement in a rocking paradigm. Purkinje cell counts were significantly reduced in the MPS IIIB animals compared to age matched controls. By electroretinography (ERG), MPS IIIB mice had a progressive decrease in the amplitude of the dark-adapted b-wave response. Corresponding pathology revealed shortening of the outer segments, thinning of the outer nuclear layer, and inclusions in the retinal pigmented epithelium. Auditory-evoked brainstem responses (ABR) demonstrated progressive hearing deficits consistent with the observed loss of hair cells in the inner ear and histologic abnormalities in the middle ear. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: The mouse model of MPS IIIB has several quantifiable phenotypic alterations and is similar to the human disease. These physiologic and histologic changes provide insights into the progression of this disease and will serve as important parameters when evaluating various therapies

Rice plants, drainage and crop rotation influence the methanogenic community in rice field soil

Reisfelder zeichnen sich durch Flutung während des Reisanbaus aus, was die Bildung von anoxischen Nischen begünstigt. In diesen Nischen findet der anaerobe Abbau von organischem Material bis hin zur Bildung von Methan durch methanogene Archaeen statt. Ein wesentlicher Teil des organischen Materials in Reisfeldern stammt von der Reispflanze selbst, welche Kohlenstoffverbindungen über ihr Wurzelsystem ausscheidet. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde der Einfluss der Reispflanze auf die mikrobielle Gemeinschaft im Boden untersucht. Die bakterielle Gemeinschaft unterschied sich dabei nur geringfügig in ihrer Zusammensetzung zwischen bepflanztem und unbepflanztem Reisfeldboden. Dabei zeigten unter anderem Geobacter und Opitutus eine höhere Abundanz im bepflanzten Boden. Während sich die Anzahl der Bakterien und der Archaeen im bepflanzten Boden verdoppelte, zeigte die Zusammensetzung der archaeellen Gemeinschaft wenig Veränderung. Zusammengefasst zeigten die Ergebnisse jedoch, dass die mikrobielle Gemeinschaft im Reisfeldboden stark an die Reispflanze und deren Wurzelexudation adaptiert ist. Aufgrund der stetig steigenden Weltbevölkerung ist ein Anstieg der Nachfrage für Ressourcen wie Wasser anzunehmen. Dies könnte eine eingeschränkte Verfügbarkeit an Wasser für den Reisanbau zur Folge haben. Alternative Anbaustrategien, die eine Reduzierung des Wasserverbrauchs im Vergleich zum konventionellen Reisanbau ermöglichen, rücken somit immer mehr in den Fokus. Der Fruchtfolgewechsel mit einer Pflanze wie Mais, die unter nicht gefluteten Feldbedingungen wächst, ist eine dieser Optionen. Der zweite Teil dieser Arbeit unterteilt sich daher in zwei Schwerpunkte: Unter Feldbedingungen wurde der Einfluss (I) der Wachstumsstadien der Reispflanze sowie (II) der von Feldbearbeitungsmaßnahmen wie der Dränage und dem Anbau von Mais unter nicht gefluteten Bedingungen auf die mikrobielle Gemeinschaft im Reisfeldboden untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass sich die Wachstumsstadien der Reispflanze nur begrenzt auf die Zusammensetzung und Aktivität der Mikroben auswirkten. Im Gegensatz dazu führten Dränage und der Anbau von Mais zu einer Abnahme der Abundanz der Mikroben. Desweiteren zeigten verschiedene bakterielle Gruppen eine Reaktion auf die Feldbearbeitungsmaßnahmen indiziert durch eine erhöhte relative Abundanz in den nicht gefluteten Feldern. Diese unterteilten sich in zwei Gruppen: (I) aerobe Organismen wie Spartobacteria und Sphingobacteria und (II) Bakterien, die unter substratlimitierten Bedingungen wachsen, wie Bacteroidetes und Acidobacteria. Im Gegensatz dazu blieb die archaeele Gemeinschaft weitestgehend unbeeinflusst. Interessanterweise wurden innerhalb der Ordnung der Methanosarcinales eine große Anzahl an GOM Arc I Spezies gefunden, die potentiell zur anaeroben Methanoxidation fähig sind. Desweiteren, wurde während der nicht gefluteten Bedingungen beobachtet, dass der Ribosomengehalt pro Zelle auf einem hohen Niveau gehalten wurde. Dies wurde als Stressantwort aller anaeroben Archaeen und Bakterien auf die ungünstigen aeroben Bedingungen interpretiert. Im dritten Teil dieser Arbeit wurden der Verlauf des Fruchtfolgewechsels und dessen Einfluss auf die mikrobielle Gemeinschaft im Boden über einen Zeitraum von zwei weiteren Jahren verfolgt. Nach Einführung der Maiskultivierung in das Reisökosytem erfolgte ein jährlicher Fruchtfolgewechsel mit Reis (geflutet) in der Regenzeit und Mais (nicht geflutet) in der Trockenzeit. Alternativ wurde in beiden Jahreszeiten Reis unter gefluteten Bedingungen angebaut. Die bakterielle Gemeinschaft zeigte eine geringe Reaktion auf den Fruchtfolgewechsel. Eine stärkere Veränderung erfolgte in der archaeellen Gemeinschaft. Ausgehend von einer von methanogenen Archaeen dominierten Gemeinschaft in den gefluteten Reisfeldern entwickelte sich in den nicht gefluteten Maisfeldern eine überwiegend aus aeroben Thaumarchaeoten bestehende Gemeinschaft. Innerhalb der Thaumarchaeoten wurde die Gruppe Soil Crenarchaeotic Group angereichert, welche hauptsächlich von Ammoniumoxidierern (Candidatus Nitrososphaera) repräsentiert wurde. Dies deutet darauf hin, dass der Oxidation von Ammonium möglicherweise eine höhere Bedeutung in nicht gefluteten Boden zukommt. Desweiteren, zeigten auch hier die methanogenen Euryarchaeoten unter nicht gefluteten Feldbedingungen eine Stressreaktion in Form einer erhöhten Ribosomenzahl pro Zelle. Das erneute Fluten in der Regenzeit ermöglichte den Euryarchaeoten allerdings nicht, sich wieder zu erholen und ihre ursprüngliche Abundanz zu erreichen. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen annehmen, dass die Reispflanze Einfluss auf die Mikroben im Reisfeldboden nimmt (erster Teil). Desweiteren führten Veränderungen in den Feldbearbeitungsmaßnahmen, wie Dränage und Fruchtfolgewechsel, zu einer schwachen kurzfristigen Reaktion der gesamten mikrobiellen Gemeinschaft (zweiter Teil) und einer stärkeren langfristigen Reaktion der methanogenen Archaeen (dritter Teil)

[Urinary incontinence after radical prostatectomy for prostate cancer-data from 17,149 patients from 125 certified centers].

BACKGROUND In addition to erectile dysfunction, urinary incontinence is the most common functional limitation after radical prostatectomy (RPE) for prostate cancer (PCa). The German S3 guideline recommends informing patients about possible effects of the therapy options, including incontinence. However, only little data on continence from routine care in German-speaking countries after RPE are currently available, which makes it difficult to inform patients. OBJECTIVE The aim of this work is to present data on the frequency and severity of urinary incontinence after RPE from routine care. MATERIALS AND METHODS Information from the PCO (Prostate Cancer Outcomes) study is used, which was collected between 2016 and 2022 in 125 German Cancer Society (DKG)-certified prostate cancer centers in 17,149 patients using the Expanded Prostate Cancer Index Composite Short Form (EPIC-26). Changes in the "incontinence" score before (T0) and 12 months after RPE (T1) and the proportion of patients who used pads, stratified by age and risk group, are reported. RESULTS The average score for urinary incontinence (value range: 0-worst possible to 100-best possible) was 93 points at T0 and 73 points 12 months later. At T0, 97% of the patients did not use a pad, compared to 56% at T1. 43% of the patients who did not use a pad before surgery used at least one pad a day 12 months later, while 13% use two or more. The proportion of patients using pads differs by age and risk classification. CONCLUSION The results provide a comprehensive insight into functional outcome 12 months after RPE and can be taken into account when informing patients

ILC Reference Design Report Volume 1 - Executive Summary

The International Linear Collider (ILC) is a 200-500 GeV center-of-mass high-luminosity linear electron-positron collider, based on 1.3 GHz superconducting radio-frequency (SCRF) accelerating cavities. The ILC has a total footprint of about 31 km and is designed for a peak luminosity of 2x10^34 cm^-2s^-1. This report is the Executive Summary (Volume I) of the four volume Reference Design Report. It gives an overview of the physics at the ILC, the accelerator design and value estimate, the detector concepts, and the next steps towards project realization.The International Linear Collider (ILC) is a 200-500 GeV center-of-mass high-luminosity linear electron-positron collider, based on 1.3 GHz superconducting radio-frequency (SCRF) accelerating cavities. The ILC has a total footprint of about 31 km and is designed for a peak luminosity of 2x10^34 cm^-2s^-1. This report is the Executive Summary (Volume I) of the four volume Reference Design Report. It gives an overview of the physics at the ILC, the accelerator design and value estimate, the detector concepts, and the next steps towards project realization