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Carbon dioxide triggers recovery from dauer juvenile stage in entomopathogenic nematodes (Heterorhabditis spp.)

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Heterorhabditis spp. (Rhabditida: Nematoda) live in a close symbiosis with the bacterium Photorhabdus luminescens. For biocontrol purposes the nematodes are produced in liquid culture pre-incubated with P. luminescens. The bacteria produce a food signal, inducing dauer juveniles (DJ) to initiate development. In rhabditid nematodes the exit from this developmentally arrested third stage DJ is called recovery. Attempts to produce Heterorhabditis spp. in liquid culture have often failed due to low and delayed recovery of the inoculated DJ. The influence of carbon dioxide as a recovery co-factor was investigated. Increasing concentrations of CO2 enhanced DJ recovery in the presence of the bacterial food signal. The effect could not be related to a decline of the pH caused by increasing CO2 concentrations. On the contrary, at lower pH the DJ recovery decreased. In one experiment a considerable spontaneous recovery was observed in the absence of a food signal. This phenomenon and a variable threshold response of the DJ to CO2 lead to the assumption that they are differently pre-disposed to respond to recovery inducing signals. Providing the results can be confirmed in laboratory scale bioreactors, the control of carbon dioxide during nematode liquid culture can help to improve the bioreactor process technology.

Heterorhabditis spp. (Rhabditida: Nematoda) leben in enger Symbiose mit dem Bakterium Photorhabdus luminescens. Für die biologische Bekämpfung werden die Nematoden in Flüssigkulturen vermehrt, die vorher mit P. luminescens inkubiert wurden. Die Bakterien produzieren ein Nahrungssignal, das die Dauerlarven (DJ) veranlasst, ihre Entwicklung wieder aufzunehmen. Bei rhabditiden Nematoden wird das Verlassen des entwicklungsphysiologisch gehemmten Dauerlarvenstadiums als “recovery” bezeichnet. Versuche, Heterorhabditis spp. in Flüssigkultur zu produzieren sind oft aufgrund einer niedrigen oder verspäteten “recovery” gescheitert. Der Einfluß von Kohlendioxid als Einflussfaktor auf die “recovery” wurde untersucht. Zunehmende CO2 Konzentrationen förderten die “recovery” bei Anwesenheit des Nahrungssignals. Einem mit zunehmender CO2-Konzentration fallenden pH-Wert konnte die Wirkung nicht zugeschrieben werden. Im Gegenteil, bei niedrigen pH-Werten nahm die “recovery” ab. In einem Experiment wurde eine spontane “recovery” beobachtet, ohne dass ein Nahrungssignal vorhanden war. Dieses Phänomen und die variable Antwort der Dauerlarven auf gleiche CO2-Konzentrationen lassen den Schluss zu, dass die Dauerlarven unterschiedlich prädisponiert sind in ihrer Reaktion auf die “recovery” induzierenden Signale. Vorausgesetzt die Ergebnisse können in LaborBioreaktoren bestätigt werden, ist die Regelung des Kohlendioxidgehalts während der Nematoden-Flüssigkultur eine Hilfe die Prozesstechnik zu optimieren.

Affiliations: 1: Institut für Phytopathologie, Abteilung für Biotechnologie und biologischen Pflanzenschutz, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, 24223 Raisdorf; 2: Fachbereich Naturwissenschaftliche Technik, Labor für Bioprozessautomation, Fachhochschule Hamburg, 21033 Hamburg, Germany

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2000-05-15
2016-12-10

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