In der nächsten Phase der Biodiversitäts Exploratorien sollen Experimente dabei helfen die Effekte verschiedener Landnutzungskomponenten auf Ökosysteme zu ermitteln. 'Common garden' Experimente werden genutzt, um die Umweltheterogenität zu minimieren, die ansonsten interessante Effekte verschleiert. Wir planen Grasnarben, die von n = 42 Plots der Biodiversitäts Exploratorien entnommen werden, in einem 'common garden' auszubringen wo die Intensität der Mahd und der Düngung manipuliert werden soll. In den nächsten drei bis 15 Jahren werden die Veränderungen in den Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften auf den Grasnarben verfolgt. Hierfür wird die Zusammensetzung und Diversität der Pflanzen und Bakterien (next-generation 16S rRNA gene amplicon sequencing) ermittelt. Zusätzlich werden noch 3D-Modelle der Pflanzengemeinschaften, die durch multispektrale Information ergänzt werden, erstellt (PlantEye F500, Phenospex, Heerlen, The Netherlands). Diese Modelle erlauben die Errechnung von Parametern, die ganze Pflanzengemeinschaften charakterisieren. Änderungen in den Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften werden mit der Landnutzung der Plots in den vergangenen Jahren ins Verhältnis gesetzt. Wir erwarten, dass Gemeinschaften, die aus verschiedenen Plots stammen, aber die gleiche Landnutzung erfahren in Ihrer Zusammensetzung und Diversität konvergieren; Gemeinschaften aus den gleichen Plots, die aber unterschiedliche Landnutzung erfahren, sollten divergieren. Das Projekt nutzt das Vorwissen zu den einzelnen Plots in Bezug auf Landnutzung und Artenzusammensetzung, liefert neuartige Daten für die Biodiversitäts Exploratorien, und stellt einen unabhängigen und neuartigen Beitrag zu der Frage, wie Landnutzug Ökosysteme beeinflusst, dar.
In diesem Syntheseprojekt befassen wir uns mit den komplexen Beziehungen zwischen autotrophen und heterotrophen Makro- und Mikroorganismen, die bestimmen, ob wiedervernässte Moore Quellen oder Senken für die Treibhausgase CO2, CH4 und N2O sind. Unser Ziel ist es, die komplexen Wechselwirkungen zwischen den physikalisch-chemischen Eigenschaften, der Artenzusammensetzung/ Aktivität der Pflanzen und der unterirdischen (Mikro-)Biota sowie der Produktion und dem Abbau von organischem Material und Treibhausgasen zu verstehen. Wir stellen die Hypothese auf, dass (1) die Dynamik des Pflanzenwachstums sowie trophische Interaktionen die THG-Produktion antreiben und (2) dass ein mikrobiombasierter Indikator für den Status der Methansenke oder -quelle von Wetscapes entwickelt werden kann.
Ziel dieser Studie ist es zu verstehen, wie sich Unterschiede im chemischen Aufbau baumbürtiger DOM (treeDOM; Kronendurchlass, Stammabfluss, Streulösungen, Wurzelexsudate) auf die Bodenvegetation und mikrobiell-ökologische Prozesse in Boden und Untergrund auswirken. Neben der Erfassung von Baumarten- und Landnutzungseffekten auf DOM und Nährstoffe vom Kronenraum bis in die Wurzelzone, werden DOM und Wurzelexsudate aus dem Freiland analysiert und ihre Wirkung auf bodenmikrobiologische Prozesse ermittelt. Mesokosmenversuche testen die Interaktionen zwischen DOM, Pflanzenwachstum und Prozessen der bodenmikrobiellen Gemeinschaft. Die Kombination dieser sich ergänzenden experimentellen Ansätze erlaubt neue Einblicke in die Beziehung zwischen treeDOM und ökologischen Prozessen am Waldboden.
Etwa die Hälfte der weltweiten Primärproduktion erfolgt durch Phytoplankton und dessen Jäger-Beute-Interaktionen mit Zooplankton bilden die Grundlage der gesamten ozeanischen Nahrungskette. Die chemischen Signale, die diese Interaktionen vermitteln, sind bisher größtenteils unbekannt. Vor kurzem konnte die Arbeitsgruppe von Erik Selander erstmals eine Gruppe solcher chemischer Signale identifizieren, die Copepodamide. Copepodamide spielen eine entscheidende Rolle in der Interaktion von Ruderfußkebsen (Copepoda) als marine, zooplanktonische Räuber mit verschiedenen Phytoplanktonspezies, wie der Gattung Alexandrium, welche an der Entstehung der schädlichen Algenblüte beteiligt ist. Die vollständige Funktion von Copepodamiden und deren Wahrnehmung durch Phytoplankton ist jedoch noch weitestgehend unbekannt. Das geplante Forschungsprojekt konzentriert sich auf zwei Hauptziele. Das erste Ziel ist die Identifizierung weiterer, neuer Copepodamide und die Untersuchung spezifischer Copepodamidmuster in verschieden Copepodspezies. Für diesen Zweck ist die Anwendung eines breiten Spektrums chemischer Separations- und Detektionstechniken geplant. Das gastgebende Institut besitzt dazu eine einmalige Kombination aus Ausrüstung, Ausstattung und Wissen um dieses Projekt zu unterstützen und ermöglicht ein tiefgreifendes Training in chemischer Ökologie und NMR-Techniken. Das zweite Ziel ist die Identifikation von Copepodamid-Rezeptorproteinen in den Phytoplanktonspezies Alexandrium tamarense und Skeletonema marioni. Dazu soll zum einen in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Julia Kubanek (Georgia Tech, Atlanta, USA) eine Kombination aus zell-basierten Assays und Elektrophysiologie angewendet werden. Um diese Methoden zu erlernen, ist ein Besuch der Arbeitsgruppe von Julia Kubanek vorgesehen. Des Weiteren sollen Phagen-Display und Protein-Affinitäts-Chromatografie angewendet werden, um die Copepodamid-Rezeptorproteine sowie deren genomische Sequenz zu identifizieren.Die Jäger-Beute-Interaktionen zwischen Zooplankton und Phytoplankton sind von entscheidender Bedeutung für das ökologische Gleichgewicht der Ozeane. Vornehmlich werden diese Interaktionen durch chemische Signale reguliert. Die Identifizierung dieser Signale sowie der entsprechenden Rezeptoren liefert einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis planktonischer Interaktionen. Zudem hat das geplante Forschungsprojekt das Potential als ein Meilenstein bei der Entschlüsselung der einflussreichen, bisher jedoch unbekannter, chemischer Sprache der Ozeane zu dienen.
Wir werden analysieren, wie sich die wichtigsten Pflanzen-Rhizobiom-Interaktionen in Mooren während einer langfristigen Chronosequenz der Wiedervernässung sowie während kurzfristiger Extremereignisse verändern. Wir werden die Interaktionen zwischen Pflanzen und Rhizobiomen in Moorböden mit denen in flachen Gewässern vergleichen und die Interaktionen zwischen Pflanzen und Rhizobiomen mit der Leistung des Pflanzenwachstums, den Treibhausgasemissionen und den Umweltbedingungen, einschließlich der Torfqualität, in Verbindung bringen. Dazu werden wir Metaomics-Analysen verwenden, die durch mikroskopische Techniken ergänzt werden. Auf dieser Grundlage werden wir potenzielle und realisierte Schlüsselinteraktionen und ihre Korrelation mit Umweltbedingungen identifizieren und postulieren, wie diese Interaktionen die weitere Entwicklung von Feuchtgebieten 2.0 beeinflussen könnten.
Wir untersuchen, wie die Mikrobiome von Mooren auf regionaler und landschaftlicher Ebene variieren und wie diese Variation zur Vorhersage der Ökosystemfunktion genutzt werden kann. Auf lokaler Ebene konzentrieren wir uns auf Flachwasserkörper, ein charakteristisches Element wiedervernässter Moore und ein Hotspot der CH4-Emissionen, und untersuchen die Rolle aquatischer Makrophyten und ihrer Mikrobiome für den Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf unter extremen Bedingungen wie Hochwasser und Trockenheit in dem Mesokosmen-Experiment MCExp shallow water.
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.
Wir werden einen Zensus der Identität, Häufigkeit und Aktivität von Methanogenen in wiedervernässten Niedermooren und der abiotischen und biotischen Einflussfaktoren erstellen, indem wir die Häufigkeit und Identität von methanogenen Archaeen in den Untersuchungsgebieten kartieren. Darüber hinaus zielt A6 darauf ab, deren Rolle für den Treibhausgashaushalt in wiedervernässten Niedermooren zu bewerten, indem die räumlich-zeitliche Dynamik der Zusammensetzung und die Aktivität im Verhältnis zu den gemessenen Treibhausgasflüssen auf der Grundlage von Mikrobiomik und Prozessstudien, soweit möglich, untersucht werden. A6 wird Methanogene auf allen experimentellen Ebenen von WETSCAPES2.0 untersuchen. Unter Verwendung modernster Proteomik werden wir speziell die Ökophysiologie neuartiger, bisher kaum erforschter Methanogene, d. h. der methylotrophen Methanomassiliicoccales, untersuchen.
Wir werden die Struktur und Funktion des unterirdischen (Mikro-)Bioms in wiedervernässten Niedermooren analysieren. (1) Anhand von > 100 wiedervernässten Screening-Standorten werden wir den ersten umfassenden Zensus der unterirdischen Biota in wiedervernässten Niedermooren durchführen. (2) Die räumlich und zeitlich aufgelöste Beprobung und Analyse von Kernstandorten wird ein Verständnis der räumlich-zeitlichen Dynamik des Mikrobioms ermöglichen. (3) Um die Hypothese einer trophischen Sperre für die C-Mineralisierung zu überprüfen, werden wir Mikrokosmos- und Mesokosmos-Experimente mit Torfmikrobiota und Modellpflanzenarten unter oxischen und anoxischen Bedingungen durchführen. (4) NGS- und Amplikon- Profilerstellung werden für andere Teilprojekte angeboten.
Flagellatenpilze (Chytridiomycota) sind eine Gruppe evolutiv früh abzweigender, zoosporischer Pilze, die in verschiedensten aquatischen und terrestrischen Lebensräumen vorkommen. Sie leben entweder als Saprophyten, Parasiten oder als intermediäre Formen. Bei allen Formen haften sich freischwimmende Zoosporen an Detritus oder einen Wirt und extrahieren Nährstoffe unter Bildung eines Sporangiums, welches neue Zoosporen hervorbringt. Aufgrund ihrer geringen Größe und unscheinbaren morphologischen Merkmalen blieben die Zoosporen in Untersuchungen mariner und limnischer Planktongemeinschaften für viele Jahrzehnte nahezu unentdeckt. Molekularbasierende Methoden jüngster Zeiten haben jedoch eine hohe Abundanz sowie Diversität der Flagellatenpilze in aquatischen Lebensräumen aufgedeckt. Einige Arten infizieren Phytoplankton, wie z.B. Blaualgen, Kieselalgen und Dinoflagellaten, so dass ihnen eine wichtige Rolle in der Kontrolle von Algenblüten zugeschrieben wird. Überraschenderweise ist der trophische Lebensstil nur für wenige kultivierte Arten beschrieben und die genomischen Innovationen, welche sich auf Infektionsstrategien der Phytoplanktonparasiten zurückführen lassen, sind völlig unbekannt, so dass eine Beurteilung der Ernährungsweise der Flagellatenpilze anhand (meta)genomische eDNA-untersuchende Umweltstudien nahezu unmöglich ist. Die phylogenetischen Beziehungen innerhalb der Flagellatenpilze, welche Informationen zu den Ursprüngen und der Verbreitung von Parasitismus innerhalb ökologisch verschiedener Entwicklungslinien liefern könnten, sind weitestgehend ungeklärt. In diesem Projekt möchte ich die molekularen Voraussetzungen für einen parasitischen Lebensstil in phytoplanktoninfizierenden Flagellatenpilzen aufdecken. Vergleichende Genomanalysen von vier phytoplanktoninfizierenden Flagellatenpilzarten mit nahe verwandten saprophytischen Arten sollen neue Erkenntnisse über die parasitismus-typischen genetischen 'Werkzeuge' erbringen (z.B. über parasitenspezifische Virulenzgene). Darüber hinaus plane ich einen stabilen phylogenetischen Baum für circa 40 Flagellatenpilzarten zu rekonstruieren, für welche der trophische Lebensstil bekannt ist. Phylogenomische Analysen unter Verwendung von fast 400 proteinkodierenden Genen, gewonnen aus öffentlich verfügbaren sowie in diesem Projekt neu angefertigten Genomen/Transkriptomen, werden es erlauben die frühen Diversifikationen der Flagellatenpilze zu entwirren. Die neu generierten Sequenzdaten werden außerdem nach den im ersten Teil des Projektes identifizierten Virulenzgenen abgesucht. Die phylogenetische Einordnung von Lebensstilen der Flagellatenpilze soll es ermöglichen den ursprünglichen Zustand diverser Gruppen zu charakterisieren und unser Verständnis über die Evolution von Parasitismus in phytoplanktoninfizierenden Flagellatenpilzen verbessern.
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