Description: Unser Wissen zur Ökologie und Bedeutung von Mikroorganismen in Böden ist umfassend. Dies gilt im Gegensatz dazu nicht für die Ökologie der Viren. Erkenntnisse dazu hinken dem Kenntnisstand aus aquatischen Lebensräumen weit hinterher. Böden beherbergen eine große Anzahl an Viren und das Viren - Wirt Verhältnis liegt meist deutlich über jenem in aquatischen Systemen. Unterschiede in den Virenpopulationen können teilweise auf unterschiedliche Bodencharakteristika (pH, Wassergehalt, Anteil an organischem Material) erklärt werden. Dies lässt den Schluss zu, dass Unterschiede in der Landnutzung entsprechend die Virenabundanz als auch Viren - Wirt Interaktionen beeinflussen. In Böden tragen bis zu 68% aller Bakterien induzierbare Prophagen, ein Hinweis darauf, dass die Heterogenität im Boden und die ungleiche Verteilung der Mikroorganismen eine lysogene Vermehrung von Viren selektiert. Dies hat zur Folge, dass der Austausch von genetischer Information zwischen Virus und Wirt vorwiegend durch Transduktion stattfindet. Bis dato analysierte Virenmetagenome aus dem Boden bestanden bis zu 50% aus transduzierten Genen prokaryotischen Ursprungs. Obwohl davon ausgegangen werden kann, dass Viren im Boden, wie für aquatische Lebensräume gezeigt, einen signifikanten Einfluss auf die räumliche und zeitliche Dynamik ihrer Wirte (Killing the Winner Hypothese) und deren kontinuierliche Anpassung (Red Queen Hypothese), wichtige Ökosystemfunktionen und biogeochemische Prozesse haben, kennen wir die Art und Häufigkeit der Interaktionen nicht und empirische Daten fehlen. Wir postulieren, dass Transduktion eine wichtige Rolle für die Resilienz von Böden unter intensiver Landnutzung spielt, da in diesen Böden i) die mikrobielle Diversität vergleichsweise niedrig ist, was zu einer erhöhten Sensitivität gegenüber Veränderungen in den Umweltbedingungen führt. Andererseits, ii) hat die durch Düngung erhöhte spezifische Aktivität von Mikroorganismen eine erhöhte Transduktionsrate zur Folge, da Viren für ihre Vervielfältigung auf metabolisch aktive Wirte angewiesen sind. Um unsere Hypothese zu überprüfen, werden wir an 150 Standorten der Biodiversitäts-Exploratorien und im Detail an einer Auswahl an Grünlandstandorten mit unterschiedlicher Intensität der Bewirtschaftung Untersuchungen durchführen. Analysiert wird die Beziehung zwischen Virenabundanzen und VBRs mit der Bewirtschaftung, der Vegetationsperiode und den vorherrschenden Umweltbedingungen. Zusätzlich untersuchen wir mit Hilfe moderner molekularer Methoden die Zusammensetzung der Virengemeinschaften und ihre Diversität, sowie viren-assoziierte Funktionen prokaryotischen Ursprungs. Experimente zu Virus-Wirt Interaktionen und die Analyse von CRISPR like structures in den prokaryotischen Wirten werden Erkenntnisse zu der Ökologie bakterieller Gemeinschaften liefern. Nicht zuletzt werden wir Viren von abundanten Bodenbakterien (z.B. Pseudomonaden) für vergleichende Genomanalysen und Kreuzinfektionsversuche isolieren.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
Genom
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Mikroökologie
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Bodenbakterien
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Ökologie
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Pseudomonas
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Resilienz
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Mikrobielle Vielfalt
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Bodenmikroorganismen
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Gebäude
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Grünland
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Organisches Material
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Bakterien
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Geodaten
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Aquatisches Ökosystem
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Flächennutzung
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Standortwahl
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Vegetationsperiode
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Virus
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Wassergehalt
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Mikroorganismen
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Standortbewertung
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Management
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Düngung
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Ökosystemfunktion
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Population
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Standortbedingung
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Stoffwechsel
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Forschung
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Änderung
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Diversität
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Gen
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Angewandte Mikrobiologie
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Kontinuierliches Verfahren
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Transduktion
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Region:
Saxony
Bounding boxes:
13.25° .. 13.25° x 51° .. 51°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
-
Deutsche Forschungsgemeinschaft (Finanzielle Förderung)
-
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Umweltmikrobiologie (Projektverantwortung)
-
Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Bodenkunde (Mitwirkung)
-
Umweltbundesamt (Bereitstellung)
-
University of Vienna, Faculty of Life Sciences, Deptartment of Limnology & Bio-Oceanography (Mitwirkung)
Time ranges:
2017-01-01 - 2025-08-17
Alternatives
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Language: Englisch/English
Title: Sub project: "Killing the winner" only? The virome of grassland soils under different land use intensity as the driver for microbial community structure and function (KiWion)
Description: Soils, although intensively studied with respect to their microbiology, are lagging virus ecology research compared to marine and freshwater systems. Indeed, soils harbour high numbers of viruses and virus - to - bacteria ratios (VBR) in soil seem to vary much more than in aquatic environments, frequently exceeding these by 1 to 2 orders of magnitude. Variations in virus populations are partly explained by differences in soil pH, water and organic content, hinting at land use differences posing a significant influence on virus diversity and viral - host interactions. With up to 68% of soil bacteria potentially containing inducible prophages, there is indication that the heterogeneous soil environment and the patchy distribution of soil microbial communities select for lysogenic rather than lytic reproduction in soil viruses, with the consequence, that prevalent lysogenic relationships increase the probability of transferring genetic information between phage and prokaryotic hosts by transduction. And indeed, the viral metagenomes analysed, show that up to 50% consists of transduced bacterial and archaeal genes. Although we assume that viruses in soil significantly contribute to host dynamics (Killing the Winner Hypothesis) and adaptation (Red Queen Hypothesis), ecosystem functioning, and biogeochemical processes similar to aquatic systems, the type and frequency of interactions are poorly understood and empirical data are missing. We hypothesize that transduction plays a very important role for resilience in soils under strong land use intensity, since in these soils i) diversity of soil microbes is lower and thus the ecosystem might be more sensitive to changing conditions and ii) the activity of soil microbes is particularly higher which may increase transduction rates, as the replication of the virus in the host requires metabolically active cells. To investigate the guiding hypothesis we will analyse the 150 plots within the Biodiversity Exploratories with a specific focus on grassland ecosystems under different land use intensity. We will investigate the relation between land use intensity, vegetation period, site specific conditions and the number of viruses. We will further describe the composition of the soil viromes as well as major functional traits of prokaryotic origin carried by viruses. Host - virus interaction studies and infection networks derived from CRISPR like structures in the prokaryotic hosts will provide information on community ecology. Finally, we will isolate viruses infecting dominating bacterial groups common to the different grassland soils (e.g. Pseudomonadaceae) for studying their cross - infection potentials.
https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1084482
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