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Unser Ziel ist es, die Methanaufnahme im Boden (SMU) in der heterogenen Landschaft von Wetscapes 2.0 zu verstehen, indem wir die räumlichen und zeitlichen Zusammenhänge mit der Biogeochemie und den CH4-Flüssen im Ökosystem, die Rolle bisher wenig erforschter methanotropher Taxa und die Anfälligkeit der methanotrophen Gemeinschaften im Boden nach der Wiedervernässung untersuchen. Das Projekt erforscht speziell die methanotrophen Bodengemeinschaften und die SMU in wiedervernässten Niedermooren der gemäßigten Breiten in Abhängigkeit von ihren biotischen und abiotischen Faktoren auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Ebenen. Es quantifiziert die Rolle der Methanotrophen, einschließlich der anaeroben methanotrophen Taxa, bei den Treibhausgasflüssen.
Dark Septate Endophytes (DSEs) sind eine polyphyletische Gruppe innerhalb der Ascomyceten, die Pflanzenwurzeln besiedeln und durch hohe Melaninkonzentrationen in ihren Hyphen charakterisiert sind. Möglicherweise ist die Melanisierung bei Pflanzen-DSE-Assoziationen von Vorteil und eine Reaktion auf eine Vielzahl biotischer und abiotischer Stressfaktoren. Es gibt jedoch noch keine Beweise dafür, dass die hohe Melanisierung von DSEs zur erhöhten Stresstoleranz beiträgt. Es ist ebenfalls wahrscheinlich, dass Melanin eine Rolle bei der Penetration der Wurzeloberfläche durch die pilzlichen Hyphen und der anschließenden Besiedelung der Wurzelrinde spielt. Hier besteht jedenfalls eine Analogie zu einigen ebenfalls melanisierten, pathogenen Pilzen die sowohl tierische, als auch pflanzliche Gewebe erfolgreich infizieren. In diesem deutsch-französischen Kooperationsprojekt wollen wir den Melanisierungsprozess im DSE-Modell Leptodontidium sp. besser verstehen, einschließlich der Untersuchung von Regulationsmechanismen, die diese Melanisierung modulieren. Darüber hinaus werden komplementäre genetische, pharmakologische, physikalisch-chemische, physiologische und Omics-Ansätze der deutsch-französischen Partner genutzt, um zu entschlüsseln welche Rolle Melanin zum einen bei der Besiedelung von Pflanzen und bei der hohen Toleranz von Leptodontidium sp. gegenüber einer Reihe von abiotischen und biotischen Stressfaktoren spielen könnte. Das Konsortium besteht aus vier Forschergruppen, die über komplementäre Fachkenntnisse in den Bereichen Mikrobiologie, Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen unter Stressbedingungen, Pilzökologie, Multi-Omic-Analysen und Bioinformatik verfügen. Besondere Techniken und Themen sind die genetische Transformation von DSEs und die Rasterkraftmikroskopie (Université de Lorraine - P1), miRNA-Analysen und Metallstress (Université de Bourgogne Franche-Comté - P2), Epigenetik und RNAseq-Analysen (Friedrich-Schiller-Universität Jena - P3) sowie Interaktionen zwischen Pilzen und Mykoparasiten (Hochschule Wismar - P4). Im deutsch-französichen Team werden diese gebündelt um die Funktion Melanins für DSEs und für DSE-Pflanzen-Interaktionen aufzuklären. Das Verständnis wie Melanine die Toleranz gegenüber Umweltstress für DSEs und für die von DSEs besiedelten Pflanzen erhöhen, sollte dazu beitragen, diese wichtige Pilzressource für die nachhaltige und wirtschaftlich sinnvolle Produktion von Nutzpflanzen zu nutzen. Dies schließt auch die Betrachtung mykophager und pflanzenpathogener Organismen in der Rhizosphäre, die Exposition gegenüber Schadstoffen und Auswirkungen des Klimawandels wie Trockenheit und Hitze zwingend mit ein. Folglich streben wir auch eine weite Verbreitung der Projektergebnisse an, nicht nur in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, sondern auch bei Interessengruppen aus Landwirtschaft, Gartenbau und der Forstwirtschaft.
A06 beschäftigt sich im SFB 1357 mit den Auswirkungen von chemisch komplexen und umweltrelevanten Mikroplastik (MP)-Partikel im System Boden-Mikroben-Pflanze mit speziellem Fokus auf Änderungen der Bodenaggregation, der Bodenchemie und der Bodenmikrobiologie in der Rhizosphäre von Nutzpflanzen. Aufbauend auf die 1. Förderperiode (FP) adressiert das Teilprojekt die Frage, welche Eigenschaften von umweltrelevantem MP zu Veränderungen in der Rhizosphäre führen und wie sich diese auf die entsprechenden Pflanzen wie Mais und Erdbeeren auswirken. Dabei legt das Teilprojekt verstärkt Wert auf den Vergleich von konventionellem MP mit bioabbaubaren Kunststoffen, deren Wirkung auf die Bodenchemie und die Bodenmikrobiologie erheblich größer sein könnten. Aus der 2. FP werden zudem Erkenntnisse erwartet, die zur ökotoxikologischen Bewertung von MP für Mikroorganismen in Böden und daher indirekt für Pflanzen beitragen. In einem SFB-übergreifendem Bodenmesokosmen-Experiment werden Fragestellungen aus den Projektbereichen A, B und C im Rahmen der Querschnittsthemen „Migration-Expositionswahrscheinlichkeit“ und „Effekte-Alterung“ an der Schnittstelle Boden untersucht.
Die Effizienz des Kohlenstoffumsatzes im Boden hängt vom Ausgangssubstrat und den Bodenbedingungen ab, die zusammen die Stoffwechselwege steuern und zu einer charakteristischen Kohlenstoff- und Energienutzungseffizienz führen. In der ersten Projektphase lag der Fokus auf der Nutzung einfacher Substrate (Glukose, Cellobiose, Cellulose) in homogenisiertem Boden, um eine umfassende Charakterisierung des Substratabbaus mit Aktivitätsmessungen spezifischer Enzyme und kalorespirometrischen Messungen zu ermöglichen. Dabei zeigten sich interessante zeitliche Muster, wie die Entkopplung der Wärme- und CO2-Flussspitzen, und räumliche Effekte, wie die Veränderung der Abbaukinetik bei unterschiedlichem Substrateinbaugrad. In der zweiten Phase wollen wir diese Erkenntnisse in zwei Hauptrichtungen vertiefen. Zunächst streben wir eine breitere Auswahl von Substraten mit gleichem Kohlenstoffgehalt (6 Kohlenstoffatome; Glucose, Cellobiose, Lysin, Phenol), aber unterschiedlichen Verbrennungsenthalpien und Gibbs-Energien an, um den Einfluss dieser Substrateigenschaften auf den Kohlenstoff- und Energieumsatz sowie auf Enzymaktivitäten und mikrobielle Gemeinschaften in vergleichenden Inkubationen zu untersuchen. Diese Aufgabe ist im Kernexperiment „E-ComPLEX“ gebündelt, an dem mehrere Projekte beteiligt sind und das unter der Leitung dieses Projekts durchgeführt wird. Das Hauptziel von E-ComPLEX ist es zu verstehen, wie effizient das Mikrobiom das Primärsubstrat nutzt, indem es Kohlenstoff und Energie in seiner eigenen Biomasse fixiert und Bausteine aus diesem Sekundärsubstrat recycelt. Ergänzend zu E-ComPLEX führen wir Experimente mit Mischsubstraten durch, um den Einfluss der Stöchiometrie der verfügbaren Nährstoffe im Boden, insbesondere der Stickstoffverfügbarkeit, auf den Kohlenstoff- und Energieumsatz bei der Nutzung von C6-Substraten zu untersuchen. Der weitere Schwerpunkt des Projekts in der zweiten Phase liegt auf Experimenten mit intakten Bodenkernen anstelle von homogenisiertem Boden. Es ist bekannt, dass die Position des Substrats im Porenraum die Zugänglichkeit für das Mikrobiom sowie die Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen und damit die Umsatzkinetik des Substrats steuert. Ziel des Projekts ist es, den Einfluss der natürlichen Substratverteilung auf den Kohlenstoff- und Energieumsatz bei der Wiedervernässung trockener Böden zu untersuchen. Obwohl die Ausgangssubstrate in intakten Böden unbekannt sind, sind Vergleiche mit neu verdichteten Referenzproben gleicher Lagerung, Feuchtigkeit und labiler C-Menge möglich. Mittels Röntgen-CT kann die räumliche Heterogenität erkannt und mit Unterschieden in der Umsatzkinetik in Verbindung gebracht werden. Das Projekt Microheat-2 leistet zudem in vielfältiger Weise wichtige Beiträge zum Schwerpunktprogramm 2322: Es führt Kalorimetermessungen für andere Projekte durch, steuert Röntgen-CT-Messungen bei und stellt Messdaten für Modellierungsprojekte bereit.
Da sich der Klimawandel und die menschlichen Aktivitäten verstärken, wird es erwartet, dass die terrestrischen Einträge von gelöstem organischem Material (Disssolved Organic Matter, DOM) in Seen zunehmen. Diese erhöhten Einträge führt zu einer braunen Verfärbung des Wassers und einer verringerten Lichtdurchlässigkeit in der Wassersäule, was Herausforderungen für die Seenökosysteme darstellt sowie ihren gesellschaftlichen Wert beeinträchtigt. Aquatische Mikroorganismen können besonders anfällig für die Verfärbung von Seen sein, mit Folgen für die Primärproduktion, Nahrungsnetze und das Auftreten von giftigen Algenblüten. Unsere Fähigkeit, die ökologischen Folgen der Verfärbung von Seen vorherzusagen, wird jedoch durch begrenztes Wissen über die Reaktionen der mikrobiellen Gemeinschaft, sowie die Widerstandsfähigkeit dieser Gemeinschaften gegenüber Umweltveränderungen beeinträchtigt. Wir schlagen vor, dass die Reaktion der aquatischen Mikroorganismen auf Umweltstress stark von Interaktionen mit anderen Mitgliedern der Gemeinschaft beeinflusst wird. Daher wird dieses Projekt ökologische Interaktionen zwischen einzelligen Algen (Phytoplankton) und Bakterien in Seen untersuchen, die erhöhte DOM Einträge und reduzierte Lichtverfügbarkeit erleben. Während mikrobielle Interaktionen hauptsächlich in vereinfachten Modelsystemen untersucht wurden, bleibt die Empfindlichkeit von algenassoziierten Bakteriengemeinschaften gegenüber Umweltstressoren und deren Auswirkungen auf die physiologischen Eigenschaften der Algen weitgehend unerforscht. Um diese Lücke zu schließen, unser Ziel ist es, zu untersuchen, wie sich die Verfärbung des Wassers auf Folgendes auswirkt: 1. die physiologischen Reaktionen des Phytoplanktons, 2. den Transfer von DOM zwischen Algen und assoziierten Bakterien und 3. die Zusammensetzung der algenassoziierten Bakteriengemeinschaften. Damit wollen wir die wechselseitigen Einflüsse zwischen Phytoplankton und zugehörigen Bakterien sowie die Kohlenstoffaufnahme von interessanten bakteriellen Taxa unter sich ändernder Licht- und DOM-Verfügbarkeit entschlüsseln. Messungen der natürlichen Isotopenhäufigkeit und Labeling Experimente mit stabilen Isotopen werden verwendet, um die Primärproduktion, die Atmung und die Aufnahme des durch die Algen produzierten Kohlenstoffs quantitativ zu erfassen. Darüber hinaus werden wir Mikroskopie und genomische Analysen verwenden, um die räumliche Strukturierung und die Zusammensetzung der algenassoziierten Gemeinschaft von Mikroorganismen zu erfassen. Unsere Experimente werden uns helfen zu verstehen, ob die grundlegende Funktionalität trotz der Veränderungen der Gemeinschaft erhalten bleibt, und welche bakteriellen Taxa und Funktionen voraussichtlich stärker auf die Veränderungen reagieren werden. Dieses Projekt wird das Wissen über Interaktionen auf zellulärer Ebene in eine ökosystemweite Perspektive von Süßwasserseen integrieren.
Mikrobielle Gemeinschaften sind der zentrale Motor für die Umsetzung organischer Substanz in Böden, durch die letztendlich biogeochemische Stoffkreisläufe und andere wichtige Ökosystemdienstleistungen aufrechterhalten werden. Die Bedeutung der biologischen Vielfalt für diese Leistungen ist jedoch bis heute kaum verstanden. Ziel dieses Forschungsprojekt ist es, die Implikationen von Energie- und Stoffflüssen auf die Diversität und Komplexität mikrobieller Gemeinschaften zu charakterisieren, um so zu einem besseren, systembasierten Verständnis zu gelangen, wie Böden Energie und Stoffe mikrobiologisch verarbeiten. Die experimentellen Untersuchungen erfolgen insbesondere durch Partizipation an den drei interdisziplinären Zentralexperimenten des neuen DFG Schwerpunktprogramms SPP2322, bei denen verschiedene Substrate, Böden und Randbindungen getestet werden. Die mikrobiellen Gemeinschaften (Bakterien, Archaeen und Pilze), werden aus DNA von Bodenproben und individuellen Bodenaggregaten mit der PCR quantifiziert und durch Sequenzierung taxonomisch zugeordnet, so dass ihre Diversität auf Basis von 16S rRNA Genen bzw. ITS Sequenzen bestimmt werden kann. So werden substratabhängige Veränderungen in zeitlicher Sukzession verfolgt und die Anwendbarkeit von optimierten Netzwerkanalysen zur Sichtbarmachung von komplexen Beziehungen innerhalb der Gemeinschaften in Reaktion auf Energie- und Substratflüssen überprüft. Diese Mikrobiom-Analysen werden mit Informationen über die Energie- und Stoffflüsse, über mikrobiellen Stoffwechsel und die Poolgrößen von Biomasse und Nekromasse, aus den drei Zentralexperimenten verknüpft. Die Daten zur mikrobiellen Abundanz, Vielfalt und Veränderlichkeit werden außerdem für die Modellbildung im SPP zur Verfügung gestellt. In diesem Vorhaben werden fünf Hypothese überprüft, um den Zusammenhang der Diversität mit der Gibbs Energie und molekularen Struktur unter Variation der Wasserverfügbarkeit und Temperatur zu überprüfen. Wir erwarten, dass die Bakterien und Pilz-Gemeinschaften auf Grund ihrer spezifischen Biologie in unterschiedlicher Weise Energie in Böden umsetzen, ebenso wie oligotrophe und kopiotrophe Bakterien. Dank unserer neuen Methode mikrobielle Metagenome aus einzelnen Bodenaggregaten untersuchen zu können, werden wir die Eignung einer optimierten Netzwerkanalysen zur Darstellung komplexer Beziehungen verschiedener Taxa ermitteln. Außerdem werden wir an mm-Gradienten den Einfluss der Detritussphäre auf den Abbau von Nekromasse messen und anhand eines Tongradienten in einem experimentellen Boden den Abbau von Chitin als Nekromasse-Indikator unter dem Einfluss von biologischer Verfügbarkeit und der Interaktion mikrobieller Gemeinschaften aus benachbarten Bodenaggregaten analysieren. - Insgesamt sollen die Ergebnisse dieses Vorhabens dazu beitragen, unser Verständnis zu verbessern, wie Energie- und Stoffflüsse mikrobielle Gemeinschaften und deren Effizienz bei der Umsetzung von organischer Bodensubstanz beeinflussen.
Ungefähr ein Drittel des gesamten Bodenoberflächenkohlenstoffs auf der Erde ist in Permafrostböden eingeschlossen. Auftauende Permafrostböden sind als bedeutende Quelle der Treibhausgase Kohlendioxid, Methan und Lachgas erkannt worden. Bis zum Ende dieses Jahrhunderts wird für die arktischen Permafrosttorfgebiete eine Erwärmung von unter 2°C auf jährlich durchschnittlich 5,6 bis 12,4°C vorhergesagt, was zu einem erheblichen Auftauen des Permafrosts und einer anschließenden Mobilisierung von organischem Kohlenstoff und Stickstoff führt. Daher wird der mikrobielle Umsatz von neu mobilisiertem organischem Material eine unvorhersehbare Menge an produzierten Treibhausgasen widerspiegeln. Neben der mikrobiellen Produktion von Treibhausgasen in Permafrosttundren muss auch die anschließende Freisetzung der produzierten Treibhausgase aus dem Boden in die Atmosphäre berücksichtigt werden. Permafrosttundren werden erfolgreich von verschiedenen Pflanzen besiedelt, deren Wurzeln während des saisonalen Auftauens durch den Boden wachsen. Die physikalische Wirkung wachsender Wurzeln mit unterschiedlicher Morphologie, einschließlich Lufteinschluss in wurzelnahen Lufttaschen, und ihre unzähligen Möglichkeiten des Zusammenspiels mit der abiotischen und mikrobiellen Bodenumgebung verändern zahlreiche biogeochemische und physikalische Bodenprozesse. Zum Beispiel kann die Freisetzung von organischem Kohlenstoff in Form von Wurzelexsudaten die mikrobielle Produktion von Treibhausgasen anregen. Radialer Sauerstoffverlust von Wurzeln in überschwemmten Böden führt zur Bildung von Eisenmineralbelägen um Wurzeln. Solche Beläge sind hochreaktive Grenzflächen zwischen Wurzel und Boden und beherbergen eine Vielzahl ökologischer Nischen für mikrobielle Gemeinschaften, die den Treibhausgaszyklus treiben. Welche Rolle das Wurzel-Boden-System für die Produktion, den Verbrauch, den Transport und die Freisetzung von Treibhausgasen aus Permafrosttundren spielt, ist Gegenstand dieses Antrags. Wir werden einzigartige Unterschiede in der Wurzelarchitektur, der Exsudation von organischem Kohlenstoff und der Bildung von Wurzelbelägen von Graminoid- und Strauchpflanzen mit einer sich ändernden mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur und gekoppeltem Treibhausgaszyklus aufzeigen. Zu diesem Zweck werden wir Feldstudien mit Laborexperimenten verknüpfen. Rhizosphären von Graminoiden und Sträuchern werden während einer gesamten Auftausaison visuell überwacht, indem Beobachtungsfenster entlang eines Permafrost-Tau-Gradienten platziert werden. Die mikrobielle Zusammensetzung, Aktivität und Funktion wird in Abhängigkeit von der Wurzelarchitektur, der Art des ausgeschiedenen organischen Kohlenstoffs und der Bildung von Wurzeleisenmineralen untersucht und mit dem lokalen Treibhausgaszyklus und der Gesamttreibhausgasemission korreliert. Insgesamt wird in diesem Antrag die Nutzung des Wurzel-Boden-Systems zur Reduzierung/Kontrolle der Emission von Treibhausgasen aus Permafrostböden untersucht.
Kontaminanten mit antimikrobiellen Eigenschaften wie Schwermetalle und Antibiotika stellen eine erhebliche Bedrohung für die Bodengesundheit dar. Während Schwermetalle oft als Altlasten betrachtet werden, handelt es sich bei Antibiotika um aufkommende Kontaminanten. Flussaueflächen, die sich zwischen schadstofftransportierenden Flüssen und landwirtschaftlichen Flächen befinden, sind potenzielle Hotspots für das gleichzeitige Auftreten und die Vermehrung von Schwermetall-Resistenzgenen (HRGs) und Antibiotika-Resistenzgenen (ARGs). Diese Studie zielt darauf ab, die Rolle von Flussaueflächen als Kontaktzonen für das gleichzeitige Auftreten und die Bewegung von Antibiotika und Schwermetallen sowie der damit verbundenen Resistenzen zu untersuchen. Wir nehmen an, dass Resistenzgene gegen einen Kontaminanten in Anwesenheit des anderen Kontaminanten in Flussaueflächen verbreitet werden, da beide Resistenzen aus unterschiedlichen Quellen in die Flussaueflächen gelangen und auf denselben mobilen genetischen Elementen auftreten. Drei Forschungsziele werden verfolgt: Bestimmung der Häufigkeit und Verteilung von HRGs und ARGs in Flussaueflächen und deren Verteilung entlang entgegengesetzter Antibiotika- und Schwermetallgradienten. Erforschung der Anpassung von Flussaue-Graslandschaften an die Co-Kontamination mit Schwermetallen und Antibiotika sowie Untersuchung der Bewegung von Resistenzgenen. Bewertung des Einflusses der Rhizosphäre auf die Vermehrung von ARGs und HRGs unter Einwirkung eines der Kontaminanten. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt umfasst Felduntersuchungen zur Messung von Schwermetall- und Antibiotikakonzentrationen sowie zur Quantifizierung der entsprechenden Resistenzgene. Es werden zusätzliche Faktoren untersucht, die die Ausbreitung von Resistenzgenen beeinflussen, einschließlich Bodengeochemie, Biotopart, Klima und Dynamik der mikrobiellen Gemeinschaft. Ein Modellversuch mit einem Flussauenstreifen wird durchgeführt, um die Bewegung und den Abbau von Resistenzgenen zu beurteilen. Die Anpassung der mikrobiellen Gemeinschaften wird mittels Amplicon-Sequenzierung analysiert und die Rolle der Rhizosphäre-Prozesse bei der Vermehrung von Resistenzgenen wird bewertet. Die Ergebnisse dieser Studie tragen zu einem besseren Verständnis der Faktoren bei, die das gleichzeitige Auftreten und die Vermehrung von ARGs und HRGs in Flussaueflächen beeinflussen.
In Phase I des Projekts A06 wiesen wir eine abnehmende Diversität in Protisten-Gemeinschaften unter Einwirkung multipler Stressoren nach und wir zeigten eine Verschiebung der Nahrungspräferenz von Protisten unter Salzstress in Bezug auf Proteobakterien und Actinobakterien. In Phase II werden wir uns auf die zugrundeliegenden Mechanismen konzentrieren, die zu den beobachteten Reaktionen der mikrobiellen Gemeinschaft und Verschiebungen der Nahrungspräferenzen führen, und diese Erkenntnisse auf die Erholung von Stressoren und insbesondere auf die Analyse der Auswirkungen von Dürre und der Erholung von Dürre ausdehnen.
Die Exsudation von Nähr-, Signal- und Giftstoffen durch die Pflanzenwurzel in die Rhizosphäre erzeugt eine selektive Umgebung für Mikroorganismen. Unser Verständnis der molekularen Mechanismen, durch welche die Interaktion zwischen Pflanzenzellen und wurzelassozierten Mikroben durch Wurzelexsudate beeinflusst werden, ist noch sehr gering. Wir untersuchen die mechanistischen Prinzipien der Wurzelexsudat-geförderten Interaktionen in der Rhizosphäre mit einem interdisziplinären Forscherteam aus Experten der mikrobiellen Ökologie, der chemischen Analyse, der pflanzlichen Symbiosen, Pflaneznphysiologie und -Genetik. Wir suchen nach spezifischen Verknüpfungen zwischen pflanzlichen Metaboliten und mikrobiellen Zielgenen, die fördernd oder unterdrückend auf die bakterielle Kompetitivität in der Rhizospäre, das Eindringen in die Wurzel und auf das Pflanzenwachstum durch bakterielle Aktivität Einfluss nehmen. Als Wirtspflanze nutzen wir die Modellleguminose Lotus japonicus, in Kombination mit den gut untersuchten mikrobiellen Symbionten, Rhizobien und arbuskulären Mykorrhizapilzen und kleinen synthetischen mikrobiellen Gemeinschaften (SynComs). Desweiteren untersuchen wir von L. japonicus Wurzeln isolierte Stämme des Genus Acidovorax, die starke Unterschiede in ihrer Wirkung auf das Wachstum der Wirtspflanze L. japonicus aufwiesen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 74 |
| Wissenschaft | 49 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 74 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 74 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 74 |
| Englisch | 72 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Webseite | 74 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 51 |
| Lebewesen und Lebensräume | 73 |
| Luft | 30 |
| Mensch und Umwelt | 74 |
| Wasser | 34 |
| Weitere | 74 |