Description: Das Bodenmikrobiom ist zentral für den Bodenkohlenstoffkreislauf. Seine energetische und Substratnutzungseffizienz hat daher großen Einfluss von Bodengesundheit bis hin zum globalen Klima. Die hohe Diversität und das nahezu unbegrenzten Kooperationspotential der Bodenmikroorganismen stellen eine Herausforderung für die Charakterisierung des Mikrobiomes und seiner Kohlenstoff- und Energienutzungseffizienz (CUE und EUE). Diese Projekt untersucht die zunehmend in den Fokus rückenden kooperative Interaktionen, im speziellen Metabolitaustausch (ein Mikroorganismus konsumiert das metabole Produkt eines anderen) und gemeinsame Nutzung extrazellulärer Enzyme (ein Mikroorganismus profitiert vom monomeren Produkt des Exoenzymes eines anderen Mikroorganismus). Wir postulieren, dass a) Metabolitaustausch die CUE und EUE erhöht, da nur ein reduziertes Spektrum intrazellulärer Enzyme für den Metabolismus benötigt wird und eine verbesserte Spezialisierung auf bestimmte Stoffwechselwege erfolgen kann, und dass b) die gemeinsame Enzymnutzung ebenso CUE und EUE erhöht, da weniger ähnliche Isoenzyme produziert werden und stattdessen hocheffiziente Enzyme den Substratabbau dominieren. WP 1 trennt mittels tiefer Metagenom- und Transkriptomsequenzierung die beiden Kooperationsmechanismen, während WP2 dann kontrastierende Böden in Bezug auf diese inkubiert um den Zusammenhang zwischen CUE, EUE und der Substratnutzungseffizienz (SUE) zu eruieren. WP3 nutzt metabole Flussmodellierung und DNA und RNA Stabilisotopenmarkierung (SIP) um die zugrundeliegenden Mechanismen zu verifizieren. In WP4 wird die Koaleszenz mikrobieller Gemeinschaften eingesetzt um herauszufinden ob die Merkmalsvielfalt oder die kooperativen Interaktionen maßgeblich für hohe Nutzungseffizienzen verantwortlich sind. WP5 schließt sich dem Zentralexperiment zu funktioneller Komplexität an und bestimmt CUE,das metabole Netzwerk und die mikrobiellen Interaktionen um den Einfluss der Komplexität von Gemeinschaften und von ökologischen Störungen auf Nutzungseffizienzen zu ermitteln. Damit wird das Projekt neue und dringend erforderliche Erkenntnisse bezüglich mikrobieller Interaktionen und dem Kohlenstoffkreislauf liefern. Es wird einen fokusierten, ökologisch-integrativen Beitrag zum SPP „Soil Systems“ leisten, welcher in seiner ökologischen Relevanz aber auch über das reine Bodenökosystem hinaus geht.
Types:
SupportProgram
Tags:
Bodenkunde
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Bodenmikroorganismen
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Bodenökosystem
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Kohlenstoffkreislauf
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Mikroorganismen
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Globales Klima
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Bodengesundheit
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Pflanzensamen
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Soil Sciences
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Region:
Baden-Württemberg
Baden-Württemberg
Bounding boxes:
7.5117461° .. 10.4956269° x 47.532401199999995° .. 49.791294099999995°
7.513843247066263° .. 10.491340057932273° x 47.53349842526128° .. 49.79210981623361°
License: Creative Commons Namensnennung-keine Bearbeitung-Nichtkommerziell 4.0
Language: Deutsch
Organisations
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Eberhard Karls Universität Tübingen, Fachbereich Geowissenschaft, Abteilung Geosphären-Biosphären Wechselwirkungen (Projektverantwortung)
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Umweltbundesamt (Bereitstellung)
Last harvest: 07.10.2026 00:20
Time ranges:
2021-01-01 - 2026-10-13
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Sub project: Economic and bioenergetic implications of microbial cooperation in soil systems
Description: Soil microorganisms are the principal actors in soil organic matter turnover, and determine the fate of carbon in soils. Their energetic and material efficiency therefore greatly influence soil health and the global climate. However, microbial diversity, and the myriad possible interactions between these organisms, challenge our ability to relate community structure to carbon and energy-use efficiency (CUE and EUE). This project investigates the cooperative interactions that are increasingly recognized as crucially important in microbial communities. We target two specific cases in soil: “Metabolic cross-feeding” refers to one microorganism consuming a metabolic intermediate produced by another. “Enzyme sharing” occurs when extracellular enzymatic depolymerization releases resources that are then also available to other community members, which do not synthesize that enzyme themselves. Our overarching hypotheses are that (a) cross-feeding increases CUE and EUE by reducing the need for a broad portfolio of intracellular enzymes to carry out all metabolic pathways within each cell. Instead, individual taxa can specialize in particular metabolic pathways and thereby achieve higher efficiencies; and (b) enzyme sharing increases CUE and EUE by reducing the need for multiple extracellular isoenzymes that degrade the same complex, polymeric resources. Instead, each polymer is degraded by a small range of highly efficient enzymes. The project will proceed through five work packages (WPs). WP1 will distinguish these two mechanisms and their responses to agricultural practices, while generating deep metagenomic data to support subsequent WPs. WP2 will couple characterization of cooperation with detailed analysis of CUE, EUE and substrate-use efficiency (SUE) and determine their relationship to substrate complexity. WP3 will harness methods of metabolic flux analysis (MFA), developed in Phase 1 of this SPP, alongside DNA and RNA stable isotope probing, to verify the mechanisms underlying phenomena revealed in the first two WPs. WP4 will take a community coalescence approach to the central experiment on functional complexity, in which communities of different complexities will be assembled. Time-series measurements will examine the development of cooperation and the relative importance of trait diversity versus community cooperation as determinants of CUE and EUE. Finally, WP5 will contribute to the central experiment by performing MFA to determine the biochemical CUE and characterizing the degree of cooperation as a key factor shaping the response of microbial efficiencies to disturbance. This project will provide unprecedented insight into the relationship between microbial interactions and carbon cycling in soil. This will contribute a focused yet integrative ecological perspective to the SPP, while generating results of wide significance to the understanding and steering of microbiome function in and beyond soil ecosystems.
URL: https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140497
Resources
Status
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