Das Projekt "Die Rolle von Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH, Institut für Virologie.Die Verunreinigung unserer Wasserressourcen mit organischen Schadstoffen, wie etwa Öl-bürtigen Kohlenwasserstoffen, ist ein ernstzunehmendes Problem und hat vielerorts bereits zu einer chronischen Belastung des Grundwassers geführt. Der biologische Abbau ist der einzige natürliche Prozess, der im Untergrund zu einer Schadstoffreduktion führt. Als Steuergrößen gelten hier die Anwesenheit von Abbauern (Mikroorganismen) und die Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren und Nährstoffen. In den letzten Jahren wurde zudem die Bedeutung dynamischer Umweltbedingungen (z.B. Hydrologie) als wichtige Einflussgröße erkannt. Ein wichtiger Aspekt wurde jedoch bisher nicht in Betracht gezogen, nämlich die Rolle der Viren bzw. Phagen. Viren sind zahlenmäßig häufiger als Mikroorganismen und ebenso ubiquitär vorhanden. Mittels verschiedener Mechanismen können sie einen enormen Einfluss auf die mikrobiellen Gemeinschaften ausüben. Einerseits verursachen sie Mortalität bei ihren Wirten. Andererseits können sie über horizontalen Gentransfer den Wirtsstoffwechsel sowohl zu dessen Vorteil als auch Nachteil modifizieren. In den vergangenen Jahren konnten verschiedene mikrobielle Phänomene der Aktivität von Viren zugeschrieben werden. Die klassische Ansicht, dass Viren ausschließlich Parasiten sind, ist nicht mehr zutreffend. Als Speicher und Überträger von genetischer Information ihrer Wirte nehmen sie direkten Einfluss auf biogeochemische Stoffkreisläufe sowie auf die Entstehung neuer Schadstoffabbauwege. Biogeochemische Prozesse in mikrobiell gesteuerten Ökosystemen wie dem Grundwasser und die dynamische Entstehung und Anpassung an neue Nischen als Folge von Veränderungen der Umweltbedingungen kann nur verstanden werden, wenn der Genpool in lytischen und lysogenen Viren entsprechend mit berücksichtigt wird. Das Projekt ViralDegrade stellt Paradigmen in Frage und möchte eine völlig neue Perspektive hinsichtlich der Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau eröffnen, welche zur Zeit noch als Black Box behandelt werden. ViralDegrade postuliert, dass Viren (i) durch horizontalen Gentransfer und den Einsatz von metabolischen Genen den Wirtsstoffwechsel modulieren (Arbeitshypothese 1) und (ii) für den temporären Zusammenbruch von dominanten Abbauerpopulationen und, damit verbunden, für den Wechsel zwischen funktionell redundanten Schlüsselorganismen verantwortlich sind (Arbeitshypothese 2). Sorgfältig geplante Labor- und Felduntersuchungen und vor allem der kombinierte Einsatz von (i) neu entwickelten kultivierungsunabhängigen Methoden, wie etwa dem Viral-Tagging, und (ii) ausgewählten schadstoffabbauenden aeroben und anaeroben Bakterienstämmen, garantieren neue Erkenntnisse zur Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau sowie ähnlichen mikrobiell gesteuerten Prozessen. Ein generisches Verständnis der Vireneinflüsse wird zudem zukünftig neue Optionen für die biologische Sanierung eröffnen.
Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Der Einfluss von Landnutzungsintensitäten auf die Diversität von Viren in Grünlandböden und deren Bedeutung als Steuergrösse für die Zusammensetzung mikrobieller Populationen und deren Funktion (KiWion)" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Umweltmikrobiologie.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.
Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Einfluss von Landnutzungsintensität auf Methanumsetzende Mikroorganismen in Grünland- und Waldböden" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V. - Programmbereich 1 Landschaftsprozesse - Arbeitsgruppe Mikrobielle Biogeochemie.Methan (CH4) ist, neben CO2 das zweitwichtigste Treibhausgas (GHG). Die aktuelle atmosphärische Methankonzentration steigt seit 2007, vermutlich aufgrund von anthropogenem Einfluss bedingt durch intensivierte landwirtschaftliche Lebensmittelproduktion, stark an. Eine wichtige Aufgabe wird es zukünftig sein, die heutige Intensität der Landwirtschaft produktiv, aber auch gleichzeitig klimaneutral zu gestalten um dem Lebensmittelbedarf einer wachsenden Weltbevölkerung zu entsprechen. Zwei fundamental unterschiedliche Gruppen von Prokaryoten sind für den CH4 Umsatz in Böden verantwortlich. Methanotrophe Bakterien (MOB) wirken durch die Oxidation von atmosphärischem CH4, und von CH4, das durch methanogene Archaea im Boden produziert wurde bevor es die Atmosphäre erreicht, als biologische Filter. Derzeit ist nicht geklärt, inwieweit sich Unterschiede in der Landnutzungsintensität auf die funktionelle Diversität und die Aktivität dieser im Methanzyklus wichtigen Mikroorganismengruppen auswirken. Erste Untersuchungen zeigen einen negativen Effekt von hoher Nutzungsintensität auf die Methanaufnahme von gut belüfteten Grünlandböden. Allerdings ist wenig bekannt über den Einfluss der Landnutzungsintensität auf die räumliche und zeitliche Dynamik methanotropher und methanogener Bodenmikroorganismen. Wir haben ein interdisziplinäres Konsortium aus Experten der Bodenkunde, der Mikrobiologie und der Metagenomik mit komplementären Expertisen zu bodenbürtigen Treibhausgasen, methanotrophen und methanogenen Prokaryoten zusammengestellt. Durch die Kombination von aktuellen Methoden wollen wir die Biodiversitätsexploratorien als ideale Plattform nutzen, um die Frage zu beantworten, inwieweit Landnutzungsintensität die funktionelle Diversität und Aktivität von Methanumsetzenden Mikroorganismen beeinflusst.Die zugrundeliegenden Hypothesen wollen wir in zwei Arbeitspaketen (WP) überprüfen. Innerhalb von WP1 wollen wir untersuchen, welche Auswirkungen die Landnutzungsintensität von Grünland und Waldflächen auf die Methanflüsse und die Abundanz und Diversität von methanotrophen Bakterien (quantitative PCR) hat, und inwieweit dies von Umweltfaktoren abhängt. In WP2 wollen wir die jahres- und tageszeitliche Dynamik der Aktivität von methanogenen und methanotrophen Prokaryoten (mittels Metatranskriptomik und Methanfluss Messungen) untersuchen, und inwieweit diese durch Grünlandnutzungsintensität beeinflusst wird. Hierbei wird unser Fokus auf dem Vergleich auf Grünlandflächen auf wasserbeeinflussten Histosolen und gut durchlüfteten Leptosolen liegen. Unser Projekt BE-CH4 wird zu dem dringend benötigten Wissen um den Einfluss von Grünland- und Waldnutzungsintensität auf die räumliche und zeitliche Dynamik von den Methanfluss aus, und in Böden bedingenden Mikroorganismen beitragen.
Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Biodiversität Nitrate-Reduzierender Mikroben in Grünlandböden erfasst durch Hochdurchsatz-Kultivierung und Genomik (Akronym: BE-Cult)" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V. - Programmbereich 1 Landschaftsprozesse - Arbeitsgruppe Mikrobielle Biogeochemie.Das Projekt BE-Cult wird sich mit der Biodiversität von nitratammonifizierenden (syn. Dissimilatorischen Nitrat-zu-Ammoniumreduzierenden, DNRA) Bakterien in Böden von wenig und intensiv genutzten Grünländern der Biodiversitätsexploratorien (BEs) an allen Grünland-VIPs (very intensively studied plots) beschäftigen. Die Funktion Stickstoff (N) durch DNRA-Bakterien im Boden zu halten, wurde lange Zeit nur wenig wahrgenommen und die quantitative Rolle bei der Lachgas-Freisetzung aus Böden nicht untersucht. Aus diesem Grund gibt es umfassende Informationen zur Biodiversität und Ökophysiologie von denitrifizierenden aber nicht zu DNRA-Boden- Mikroorganismen. Die Konsequenz dieser historischen Entwicklung ist, dass heute wenig über die Ökophysiologie und Bedeutung der DNRA Bakterien im N-Kreislauf terrestrischer Ökosysteme bekannt ist. Im Gegensatz zu den DNRA-Bakterien, bilden Dentrifikanten N-haltige Gase als Endprodukt ihres Stoffwechsels, die substantiell zum N-Verlust in Böden beitragen. Dahingegen reduzieren DNRA Bakterien Nitrat hauptsächlich zu Ammonium, das im Boden verbleibt und als wichtiger Pflanzennährstoff dient. Beide Bakteriengrupppen bilden das potente Treibhausgas Lachgas und tragen damit zur globalen Erwärmung bei. Das Hauptanliegen des Projektes BE-Cult ist es den Einfluss der Landnutzungsintensität auf diese wichtigen Mikroorganismen im N-Kreislauf von Böden zu untersuchen. In einem Hochdurchsatz-Kultivierungs-Ansatz (einschl. MALDI TOF MS für eine schnelle Stammidentifikation und verschiedene Tests zur physiologischen Charakterisierung des Nitrat- Stoffwechsels) werden über 10.000 Reinkulturen charakterisiert und entsprechend ihrer Phylogenie und Nitrat-Physiologie gruppiert. Aus dieser Stammsammlung werden 100 Isolate genom-sequenziert. Basierend auf den genomischen Informationen werden PCR-Primer funktioneller Genmarker entwickelt und verbessert um dann die funktionellen Genmarker in DNA-Extrakten der Grünland-VIPs zu quantifizieren. Zusammen mit Partnern in den BEs wird die relative Bedeutung der DNRA-Bakterien (insbesondere ihrer relativen Aktivität im Vergleich zu Denitrifikanten) in Meta-Transkriptom Datensätzen evaluiert. Letztendlich werden die so gewonnen Daten in multivariaten Analysen bestehend aus funktionellen Genmarker-Abundanzen, physiologischen 'traits' und auch abiotischen wie biotischen Parametern verwendet um die Verteilungsmuster von DNRA Bakterien in Böden zu erklären und ihre ökologischen Nischen besser definieren zu können.
Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Rekrutierung und Diversität in Symbiosen: Veränderungen der Gemeinschaften von Pilzen, Algen und Bakterien von Flechten-Holobionten entlang von Landnutzungsgradienten" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Senckenberg Biodiversität und Klima, Forschungszentrum.Die Interaktion von Arten kann durch anthropogene Einflüsse moduliert werden, zum Beispiel die Intensität der Waldbewirtschaftung. Waldeigenschaften können die lokale Biodiversität beeinflussen und als ökologische Filter auf biotische Interaktionen wirken. Das Verständnis dieser Dynamiken ist wichtig, um die Reaktionen von ökologischen Gemeinschaften auf Landnutzungsänderungen vorherzusagen. Die Flechtensymbiose ist in dieser Hinsicht ein ideales Studienobjekt, denn Flechten sind aus vielen Arten bestehende Holobionten, die neben den primären Pilz- und Algenpartnern noch zusätzliche Pilz-, Algen- und Bakteriengemeinschaften beherbergen. Es ist unklar, wie der Flechten-Holobiont seine organismische Diversität aus der Umgebung rekrutiert, und wie die Flechtensymbiose ihre Reaktion auf Umweltreize durch Umstrukturierung ihrer Komponenten moduliert. Hier stellen wir die Fragen: Wie interagiert der Flechten-Holobiont mit Mikroorganismengemeinschaften in seiner Umgebung? Wie beeinflusst die Intensität der Waldbewirtschaftung einzelne Komponenten des Flechten-Holobionten, sowie die Interaktion mit Mikroorganismengemeinschaften der Umgebung (auf Rinde und in der Erde)? Wir testen, in wie weit die mikoorganismische Diversität des Holobionten innerhalb der Diversität der Umgebung gruppiert ('nestedness'). Dann modellieren wir Diversitätsänderungen und Verschiebungen der biotischen Interaktionen unter Landnutzungsgradienten in allen 150 EP Walduntersuchungsflächen der Biodiversitäts-Exploratorien. Insgesamt wird dieses Projekt zum Verständnis der Mechanismen der Rekrutierung von Mikroorganismen in die Flechtensymbiose beitragen. Weiterhin wird es die Wirkung von Waldbewirtschaftungsintensität auf die Frequenz und Stabilität biotischer Interaktionen zwischen verschiedenen Gruppen von Mikroorganismen (Pilze, Grünalgen, Bakterien) beleuchten.
Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Ein molekularer Zensus zur Auswirkungen der Landnutzungsintensität auf die Biota in Grünlandböden" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität zu Köln, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, Zoologisches Institut, Arbeitsgruppe Terrestrische Ökologie.Böden beherbergen die komplexesten Lebensgemeinschaften der Erde und sind lebenswichtige Ressourcen, die wichtige Ökosystemdienstleistungen und Ernährungssicherheit für die Menschheit bereitstellen. Aufgrund der Komplexität der Böden gibt es keinen bisher umfassenden Zensus über die organismische Diversität von Bakterien, Archaeen, Protisten, Pilzen, Metazoen und Viren. Daher sind die Auswirkungen der Änderungen von Landintensitätsintensität auf die unterirdischen Biota schwierig beurteilen. Tatsächlich gab es bisher keine einzige Methode, um die Diversität, die Abundanz und die Zusammensetzung der Bodenmikrobiota und Bodenfauna bei gleichzeitig hoher taxonomischer Auflösung zu bewerten. Die Doppel-RNA-Metatranskriptomik ermöglicht nun solche ganzheitlichen Zensus-Studien über mehrere phylogenetische Domänen und trophische Ebenen, basierend auf rRNA und mRNA. Wir schlagen mit BE-CENSE eine integrierten molekularen Zensus der Auswirkungen der Landnutzungsintensität auf unterirdische Boden-Biota-Guilden in den Grünlandböden der BiodiversitätsExploratorien vor.Das Hauptziel von BE-CENSE ist die Abschätzung der Auswirkungen der Landnutzungsintensität auf die Vielfalt der gesamten Grünlandboden-Biota. Tief sequenzierte Metatranskriptome der 150 Graslandparzellen werden generiert und über ribosomale RNA und Boten-RNA der Mikrobiome analysiert. Ein derartiger ganzheitlicher Ansatz kann einzigartige Einblicke in LUI-Effekte liefern, da emergente Eigenschaften, die sich aus biotischen Interaktionen zwischen Gruppen (z. B. im mikrobiellen Nahrungsnetz) ergeben, möglicherweise erfasst werden. Wir werden vier komplementäre Hypothesen in zwei Arbeitspaketen (WP) testen. WP1 wird prüfen, inwieweit Unterschiede in der LUI zu Änderungen in der taxonomischen Zusammensetzung der Grünlandboden-Biota und insbesondere der Struktur des mikrobiellen Nahrungsnetzes führen. Insbesondere stellen wir die Hypothese auf, dass ein hoher LUI im Vergleich zu Prokaryoten, Protisten und Viren durch Bodenkompaktierung zu einer geringeren Abundanz und Diversität der Mesofauna führt. Die verminderte 'top-down' Kontrolle der Bodentiere hat Auswirkungen auf die mikrobiellen Nahrungsnetze des Bodens, indem die Bedeutung von Protisten, bakteriellen und viralen Predatoren erhöht wird, was zu einer trophischen Herabstufung des Bodenökosystems unter hohem LUI führt. Darüber hinaus werden wir in WP2 die saisonale und räumliche Dynamik des mikrobiellen Nahrungsnetzes im Boden in Ober- und Untergründen untersuchen. Um diese ehrgeizige Aufgabe zu meistern, haben sich Experten aus der Bodenmetatranscriptomik, der Mikrobiologie von Bakterien und Archaeen sowie Bodenprotistologen zusammengetan, um den erforderlichen breiten methodologischen und wissenschaftlichen Hintergrund bereitzustellen.Das Ergebnis von BE-CENSE ist ein beispielloser Blick auf die Auswirkungen der Landnutzungsintensität (LUI) auf die Vielfalt funktionaler Gilden in den unterirdischen Biota in Wiesen.
Das Projekt "Sonderforschungsbereich (SFB) 1076: AquaDiva: Forschungsverbund zum Verständnis der Verknüpfungen zwischen der oberirdischen und unterirdischen Biogeosphäre; Understanding the Links between Surface and Subsurface Biogeosphere, Teilprojekt A 04: Aufklärung und Quantifizierung von mikrobiellem Nährstoffkreislauf durch die Messung der wichtigsten funktionellen Proteine" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Molekulare Systembiologie.Unsere Arbeiten werden quantitative Daten über die beteiligten metabolischen Wege und die Aktivität spezifischer Bakteriengruppen in Abhängigkeit von metabolischen Signaturen an der Erdoberfläche liefern. Wir tragen damit zum besseren Verständnis der mikrobiellen Aktivität und der Ökosystemleistungen im Hainich CZE bei. Unsere Arbeiten umfassen folgende Teilaspekte: (1) gerichtete proteomische Ansätze zur Quantifizierung von Schlüsselenzymen des Stickstoff- und Kohlenstoffkreislaufes in den Grundwasserleitern, (2) Aufklärung von bakteriellen Subpopulationen sowie die funktionelle Bedeutung beim Stickstoff- und Kohlenstoffkreislauf in Kombination mit Durchflusszytometrie, sowie (3) die proteomische Analyse der metabolischen Markierung durch den Einsatz von isotopenmarkiertem Wasser. Wir werden mit unseren Forschungsbeiträgen wichtige Hinweise zum besseren funktionalen Verständnis von biogeochemischen Stoffkreisläufen in der Natur liefern.
Das Projekt "Zusammenhang zwischen Ernährungsweise und ökophysiologischer Nischenweite und deren Einfluss auf das Verbreitungsmuster chrysomonader Flagellaten" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Duisburg-Essen, Campus Essen, Fakultät Biologie, Arbeitsgruppe Biodiversität.Die Verknüpfung zwischen der Ökologie von Organismen und deren Verteilungsmuster sowie die Verallgemeinerbarkeit dieser Zusammenhänge sind eine essentielle Basis für das Verständnis der funktionellen Dynamik von Ökosystemen und deren assoziierter Biodiversität. Das Zusammenspiel zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktion wirft die Frage auf in wieweit die funktionelle Differenzierung von Taxa deren Verteilungsmuster bedingt. Einer der offensichtlichsten funktionellen Unterschiede zwischen Organismen ist die Differenzierung der Ernährungsstrategien in heterotrophe, mixotrophe und phototrophe Organismen. Mikrobielle Eukaryoten sind aufgrund ihrer überwältigenden Diversität und funktionellen Differenziertheit besonders geeignet, um solche übergeordneten Fragestellungen anzugehen. Chrysomonaden (Chrysophyceen) sind hier besonders geeignet, da sie weit verbreitet sind und zu den dominanten Organismengruppen in einer Vielzahl von Habitaten gehören. Verschiedenste Ernährungsstrategien sind realisiert und Chrysomonaden der verschiedenen Ernährungstypen koexistieren in vielen Habitaten. Zudem sind die Chrysomonaden eine ökologisch vergleichsweise gut untersuchte Organsimengruppe mit vielen Modellarten für ökologische und ökophysiologische Fragestellungen. Heterotrophie evolvierte mehrfach innerhalb der Goldalgen. In diesem Projekt testen wir die Hypothese, dass heterotrophe Taxa im Vergleich zu phototrophen und mixotrophen Taxa im Allgemeinen eine größere Toleranz im Hinblick auf abiotische Faktoren haben. Damit verknüpft testen wir die Hypothese, dass sich die Verteilungsmuster von heterotrophen, mixotrophen und phototrophen Chrysomonaden unterscheiden und eher mit deren Ökologie als mit deren Phylogenie korrelieren. In einem ersten Arbeitspaket charakterisieren wir das Wachstum verschiedener Arten als Funktion der Futter- und Nährstoffkonzentration, der Futterqualität und der Beleuchtungsverhältnisse. Auf dieser Basis werden wir dann die Nischenweite vergleichend untersuchen und die Hypothese testen, dass sich diese Nischenweite systematisch zwischen Taxa verschiedener Ernährungstypen unterscheidet. Diese ökophysiologischen Untersuchungen ergänzen wir mit Analysen der Verbreitungsmuster. Der Fokus liegt dabei auf der regionalen Verbreitung unter Berücksichtigung der Verschiedenheit in Bezug auf die abiotischen Umweltfaktoren. Insbesondere nehmen wir an, dass phototrophe Chrysomonaden eine stärker eingeengt Verbreitung in Bezug auf die abiotischen Umweltfaktoren aufweisen als die heterotrophen Taxa. Ebenso erwarten wir eine stärker ausgeprägte Saisonalität bei phototrophen Taxa als bei heterotrophen. Zusammengenommen bieten die geplanten Analysen, basierend auf der exemplarischen Analyse der Verbreitungsmuster und der ökophysiologischen Nischenweite von Chrysomonaden, eine fundierte Basis für ein Verständnis der Zusammenhänge zwischen der funktionellen Diversität von Ökosystemen und deren assoziierter Biodiversität.
Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Kopplung von Totholzabbau und Stickstoffkreislauf: Diversität und Funktion von Diazotrophen (Woodstock)" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Bayreuth, Fachgruppe Geowissenschaften, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Lehrstuhl für Bodenökologie.Totholzstämme repräsentieren eine kohlenstoff- (C) und energiereiche aber zugleich stickstoff-(N)arme Ressource in Waldökosystemen. Biologische N2-Fixierung durch freilebende diazotrophe Mikroorganismen trägt zur N-Anreicherung im Totholz bei. Über die Funktion der Diazotrophen für die N-Versorgung von totholzbewohnenden Organismen und für den Totholzabbau ist bislang wenig bekannt. In den Biodiversität-Exploratorien existieren unterschiedliche Bedingungen für diazotrophe Mikroorganismen durch Totholzstämme von 13 Baumarten, die im BeLongDead-Experiment auf 30 Flächen exponiert sind. Ein Ziel des Projektantrags ist den Beitrag der N2-Fixierung zur N-Anreicherung zu quantifizieren und die aktiven diazotrophen Gemeinschaften in den Totholzstämmen des BELongDead-Experiments zu identifizieren. Ein weiteres Ziel ist die experimentelle Überprüfung von Einflussfaktoren auf die N2-Fixierung, Quantität und Diversität der aktiven diazotrophen Gemeinschaft und auf den Transfer von fixierten N zu holzabbauenden Mikroorganismen. Unsere Hypothesen sind, (1) N2-Fixierungsrate und Diversität von Diazotrophen im Totholz unterscheiden sich zwischen den 13 Baumarten, der Intensität des Forstmanagements und den Exploratorien, (2) diazotrophe Gemeinschaften und N2-Fixierung unterscheiden sich entlang des radialen Gradienten in den Totholzstämmen von außen nach innen, (3) Diversität und Aktivität von Diazotrophen und holzabbauenden Pilzen sind stark assoziiert aufgrund ihrer gegenseitigen Abhängigkeit von C und N Ressourcen. Die letztere Beziehung moduliert die Aktivität und Zusammensetzung von diese Gemeinschaften im initialen und forstgeschrittenen Abbaustadium. Ferner testen wir die Hypothese, dass (4) externe N-Quellen die N2-Fixierung und die Quantität von Diazotrophen reduzieren. Zur Überprüfung der Hypothesen werden wir innovative und etablierte Methoden sowie Felduntersuchungen und Laborexperimente kombinieren. N2-Fixierungsraten werden mit dem 15N2 Ansatz und die funktionellen nifH-Gene mit spezifischer quantitativer PCR und Amplicon-Sequenzierung bestimmen. Struktur und Aktivität der diazotrophen Gemeinschaft werden mit einer Bromodeoxyuridintrennung sowie dem Stabilen Isotopen Beprobungsansatz (SIP) von 15N-markierter RNA analysiert, und beide Ansätze mithilfe der Amplicon-Sequenzierung kombiniert. Schließlich wird der Einfluss verschiedener Einflussfaktoren Parameter auf die Struktur und Aktivität der diazotrophen Gemeinschaft untersucht. Unsere Expertisen ermöglichen es die Wechselwirkungen zwischen N2-Fixierung, Abundanz und Diversität der Diazotrophen und kontrollierenden Faktoren für den Totholzabbau neu zu bewerten. Durch die Zusammenarbeit in einem koordinierten und vollständig replizierten Experiment mit 30 Waldökosystemen erwarten wir belastbare Ergebnisse mit großer wissenschaftlicher Bedeutung und Nutzen für die Totholzforschung.
Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Funktionale Partitionierung der prokaryotischen Diversität unter verschiedenen Landnutzungsregimes" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Bremen, Fachbereich 02 - Biologie und Chemie, Arbeitsgruppe Mikrobielle Ökophysiologie.Die Kopplung zwischen drei dominanten Gruppen von Bodenbakterien (Acidobacteria, Actinobacteria, Alphaproteobacteria), Pflanzen, Bodenbedingungen und Landnutzung soll aufgeklärt werden. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf (1) die Dynamik der funktionellen Kopplung zwischen aktiven Rhizosphärenbakterien und Pflanzen, (2) die spezifischen Funktionen von individuellen Bakterien beim Abbau von Wurzelexsudaten, Pflanzenstreu und Tierkadavern/Dung sowie (3) der zeitlichen Stabilität von mikrobiellen Gemeinschaften in der Rhizosphäre und nicht-durchwurzeltem Boden der Exploratorien. Die funktionelle Koppelung der Bakterien über den Kohlenstofffluss soll zeitlich hochaufgelöst mittels 13C-Pulsmarkierung von Wurzelexsudaten durch Captured RNA Isotope Probing (CARIP), sowie durch den Vergleich der Exsudatprofile mit der Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaften mittels Hochdurchsatzsequenzierung aufgeklärt werden. Die individuelle funktionelle Rolle der Bakterien wird anhand der Aufnahme 13C-markierter Substrate mit nachfolgender Identifizierung der aktiven Phylotypen durch Stabile Isotopenbeprobung von RNA (SIP) sowie metagenomische und metatranskriptomische Ansätze untersucht. Die kurzfristigen Veränderung in der Zusammensetzung der Rhizosphärenbakterien und die jeweiligen Einflussgrößen werden analysiert. Langfristigere Effekte werden anhand von Hochdurchsatzsequenzierungen von 3 Probensätzen, die einen Zeitraum von 6 Jahren abdecken, ermittelt. Dies bietet die Gelegenheit, langfristigere Trends mit Änderungen in den Umweltparametern und in der Landnutzung zu analysieren.
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