Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Signalerkennung und Reaktion der Kieselalge Fragilariopsis auf epibiotische Bakterien

Description: Das Phytoplankton des Südozeans wird von der Kieselalge Fragilariopsis dominiert. Sie spielt eine wichtige Rolle für dessen Primärproduktion. Marine Primärproduktion wird durch spezifische Wechselwirkungen auf engstem Raum zwischen Mikroalgen und Bakterien gesteuert und durch ihren gegenseitigen Bedarf an essentiellen Spurenelementen, Mikro- und Makro-Nährstoffen getrieben. Aktuelle Mikrobiomstudien an verschiedenen Phytoplanktonarten deuten darauf hin, dass sie einzigartige Mikrobiome beherbergen, die innerhalb der Planktonarten über lange Zeitskalen hinweg stabil sind. Doch die mechanistischen Prozesse, die gerichtete Assoziationen zwischen Mikroalgen und Bakterien verursachen, sind kaum verstanden.Die Haupthypothese dieses Antrags postuliert, dass Fragilariopsis vergleichbare Erkennungsstrategien als Reaktion auf Umweltbakterien benutzt, wie Tiere und Pflanzen, trotz der phylogenetischen Distanz zwischen Kieselalgen und höheren Eukaryoten. Diese hypothetische Analogie ermöglicht den Disziplinen-übergreifenden Transfer von sehr gut etablierter biochemischer Methodik zu Immunität und Mikrobiomen von Tieren und Pflanzen auf eine marine Mikroalge.Das Konzept aktiver Erkennung und Selektion ist im Kontext von Immunität multizellulärer Organismen, bis zu multizellulären marinen Makroalgen, gut verstanden, nicht aber für Mikroalgen. Solche Reaktionen werden durch rezeptorvermittelte Erkennung von bakteriellen Substanzen ausgelöst und durch gut untersuchte Signalkaskaden (z.B. über Stickstoffmonoxid, NO) vermittelt. Dies führt zur Regulation von quantifizierbaren Stress-Antworten, wie intrazellulären reaktiven Sauerstoffspezies oder zu einer Verschiebung des Glutathion- zu Glutathion-Disulfid-Verhältnisses. Teilweise wurden diese Reaktionen auf zellulären Stress in Mikroalgen bereits verifiziert und es gibt erste Hinweise auf NO-Signalkaskaden und NO-Synthetase Genen in Diatomeen. Dieser Antrag befasst sich daher mit relevanten Fragestellungen des DFG SPP zur Notwendigkeit eines "besseren Verständnisses polarer Prozesse und Mechanismen" und der "Reaktion [von im Südozean beheimateten Organismen] auf veränderte Umweltbedingungen". Konkret werden wir verschiedene Bakterien aus Fragilariopsis-Mikrobiomen isolieren, kultivieren und identifizieren. Parallel dazu werden verschiedene Fragilariopsis-Ökotypen axenifiziert. In Kokultur-Testsystemen werden wir bekannte und etablierte chemische und molekulare Messverfahren einsetzen, um intra- und extrazelluläre Reaktionen von Fragilariopsis auf Bakterien und molekulare bakterielle Signale, wie z.B. Lipopolysaccharide, zu charakterisieren und zu quantifizieren. Das kurzfristige Ziel ist, eine Reaktion von Fragilariopsis auf Bakterien oder bakterielle Signalmoleküle zu bestätigen. Langfristig wollen wir den Erkennungsprozess unter zukünftigen Südozean-Klimabedingungen experimentell erforschen, um die Anfälligkeit des Fragilariopsis-Holobionten unter diesen Klimaveränderungen zu verstehen.

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Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Main ? Stickstoffmonoxid ? Diatomeen ? Pflanzengesellschaft ? Phytoplankton ? Sauerstoff ? Tracer ? Getriebe ? Mikroalgen ? Plankton ? Spurenelement ? Stress ? Bakterien ? Hafen ? Antarktis ? Anfechtung ? Makroalgen ? Chemikalien ? Messverfahren ? Studie ? Vergleichsanalyse ? Pflanze ? Tier ? Spezies ? Kryosphäre ? Antarktisforschung ? Klimawandel ? Produktivität ? Standortbedingung ? Umweltveränderung ? Südlicher Ozean ? Klimaszenario ? Sequenzierung ? Bram-Verfahren ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Betreiber*in)
• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2020-01-01 - 2025-06-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Recognition, signalling and response of the diatom Fragilariopsis to epibiotic bacterial colonization
  Description: The diatom Fragilariopsis dominates phytoplankton in the Southern Ocean and plays a central role in the significant (15% of global) primary productivity of Antarctic regions. Marine primary production is fuelled by spatially close interactions between microalgae and bacteria and driven by their reciprocal needs for essential trace elements, micro- and macro-nutrients. Several recent microbiome studies of diverse phytoplankton species suggest that they harbour unique microbiomes, which are consistent and specific within phytoplankton species and across temporal scales. Yet, the mechanistic processes causing these associations at different levels of specialization are poorly understood.The main hypothesis addressed in this proposal postulates that Fragilariopsis relies on, or employs comparable recognition and transduction strategies in response to environmental bacteria as animals and plants, despite their phylogenetic distance to the diatom. Thus, in theory this analogy allows a cross-disciplinary transfer of methodology from well investigated immunity and microbiome science in animals and plants to a phytoplankton species.The concept of active recognition, selection and filtering processes, which supposedly steer the assembly of Fragilariopsis-associated microbiomes, is well understood in the context of immunity in multicellular organisms, even in multicellular marine macroalgae, but not in diatoms. Such responses are triggered via receptor-mediated recognition of bacterial elicitors and mediated by well-investigated signaling cascades (e.g. via nitric oxide (NO)). As a consequence, this leads to the upregulation of a variety of quantifiable stress markers, such as intracellular reactive oxygen species or a shift of the glutathione to glutathione-disulfide ratio. Partially, these stress markers have been verified in microalgae and first evidence of NO signaling and NO synthase-like gene sequences in marine diatoms is emerging. This proposal thus addresses pertinent DFG SPP questions, such as the need of “improved understanding of polar processes and mechanisms'' and the “response [of SO organisms] to environmental change”. Specifically, we will isolate, culture and identify various bacteria from Fragilariopsis microbiomes. In parallel, different Fragilariopsis ecotypes are axenified. In co-culture assays, we will employ known and well established chemical and molecular tools to characterize and quantify intra- and extracellular responses of Fragilariopsis to bacteria and bacterial molecular elicitors, such as bacterial lipopolysaccharides.The short term goal of this proposal is to corroborate an active response of Fragilariopsis to bacteria or bacterial signaling molecules. The long-term goal of this work is to analyse the holobiont assembly and challenge the recognition process by experimentally adjusting future SO climate regimes to understand the susceptibility of the Fragilariopsis holobiont to predicted climate change scenarios. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1118361

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