In dem Projekt werden Diversität und funktionelle Eigenschaften von mikrobiellen Gemeinschaften erfassten, die im unterirdischen Teil der 'Critical Zone (CZ)' terrestrischer Lebensräumen leben, entlang eines Gradienten von Aridität, d.h. dem EarthShape Transekt in der küstennahen Cordillera in Chile. Es wird überprüft, ob (1) der terrestrische unterirdische Lebensraum verbunden mit der oberirdischen CZ und damit von klimatischen Bedingungen beeinflusst ist. Die CZ ist eine dünne lebende Schicht der Erde, die Atmosphäre und Geosphäre verbindet. Sie wird zunehmend von menschlichen Aktivitäten beeinflusst. Der unterirdische Teil der CZ mit der Verwitterungszone ist ein aktiver Teil der tiefen Biosphäre, die aus Lebensräumen unterhalb der Erdoberfläche besteht und zu den am wenigsten verstandenen Lebensräumen der Erde zählt. Verwitterungsprozesse transformieren hartes und biologisch inertes Muttergestein zu brüchigem verwitterten Gestein, das eine hervorragende Grundlage für Organismen darstellt und aus dem sich Boden entwickelt. Daher ist die Verwitterung von Gestein ganz entscheidend für die Aufrechterhaltung des Lebens, da sie Nährstoffe für die Organismen bereitstellt. Mit Gestein verbundene Lebensformen haben vermutlich Schlüsselrollen, um die Erde so zu gestalten, dass Leben möglich ist. Außerdem wird das Projekt untersuchen, (2) ob die Artenvielfalt und die damit verbundene Abundanz der mikrobiellen Verwitterungsprozesse an der Verwitterungsfront in der Tiefe zunehmen. Die mikrobiellen Gemeinschaften in der Übergangszone von Muttergestein zu Saprolit könnten einen gemeinsam phylogenetischen Ursprung mit nicht-photoautotrophen Organismen von Felsoberflächen haben. Dagegen könnten Gemeinschaften, die zu Verwitterungsprozessen im Saprolit in Bezug stehen, einen phylogenetischen Ursprung mit den mikrobiellen Gemeinschaften aus Böden teilen. (3) Pro- und eukaryotische Mikroorganismen bilden ein Netzwerk, das die Auflösung von Mineralien hauptsächlich an der Verwitterungsfront und in tiefen Saproliten-Profilen steuert. Tiefe taxonomisch Einblicke auf Artniveau werden durch DNA-Sequenzierung (pair-end reads), die auf Amplikon-basiertem Metabarcoding beruht, möglich. Gensequenzen funktioneller Gene werden verwendet, um Abundanzen und phylogenetische Diversität von Aktivitäten der Biomassebildung und Mineralienverwitterung zu bestimmen. Ein neuartiges aufwändiges Protokoll zur Extraktion von DNA wird verwendet, das intrazelluläre DNA lebender Zellen von dem extrazellulären DNA Pool und Dauerstadien (bakteriellen Endosporen) abzutrennen erlaubt. Das ist wichtig, um die Hypothese, ein Fortschreiten der Verwitterungsfront sei ein rezentes Merkmal, das auch heute noch evolviert, entlang des EarthShape-Transekts zu evaluieren. Das Projekt nutzt die Bohrkampagne wie von der DeepEarthshape-Gruppe vorgeschlagen, d.h. eine Bohrung durch Boden und Saprolit bis zum unverwitterten Mutterboden an den vier Untersuchungsgebieten entlang des Ariditätsgradienten.
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 Ziel dieser Studie ist zu verstehen, wie komplexe zeitliche und räumliche Prozesse die Biodiversität und funktionelle Diversität der mikrobiellen Gemeinschaft im Hainich CZE steuern. Ebenso wollen wir die dafür verantwortlichen Mechanismen entschlüsseln. Wir werden zur Hypothesenbildung mathematische Nahrungsnetzmodelle simulieren, und wie in der mikrobiellen Gemeinschaft sich die Biodiversität, funktionelle Diversität und Ökosystemfunktion verhalten. Die Hypothesen werden anhand empirischer Felddaten getestet. Dafür werden wir Daten der verschiedenen AquaDiva Projekte aus der ersten und zweiten Phase synthetisieren und analysieren.
Der Abbau von Totholz stellt einen wichtigen Prozess im globalen Kohlenstoffkreislauf der Wälder dar. Die biotischen Hauptagenten des Holzabbaus sind Mikroorganismen und Insekten, aber während Insekten in den Tropen den Holzabbau beschleunigen, wirken sie in der gemäßigten und borealen Zone neutral oder sogar negativ auf den Holzabbau. Insekten interagieren eng mit holzzersetzenden Mikroorganismen, einschließlich symbiotischer Assoziationen, Facilitation und Konkurrenz. Es ist jedoch unklar, wie sich die Auswirkungen von Insekten auf mikrobielle Gemeinschaften entlang globaler Klimagradienten verändern. Während lokale Feldstudien und Laborexperimente gezeigt haben, dass Insekten-Mikroorganismen-Interaktionen den Holzabbau sowohl beschleunigen als auch verlangsamen können, wurde bisher nicht untersucht, ob dieser Mechanismus erklärt, warum sich die Auswirkungen von Insekten auf den Abbau so stark von tropischen zu borealen Wäldern ändern. In dem vorgeschlagenen Projekt werden wir die erste globale Studie zu Insekten-Pilz-Interaktionen in Totholz durchführen, indem wir Holzproben aus einem globalen Experiment verwenden, das Behandlungen umfasste, die entweder Insekten Zugang gewährten oder Insekten ausschlossen (Seibold et al. 2021, Nature). Die Holzproben wurden bereits gesammelt und nun sollen die Pilz- und Bakteriengemeinschaften durch DNA-Sequenzierung bestimmt werden, um die Effekte der Insekten zu untersuchen. Dieser Ansatz ermöglicht es zu untersuchen, wie globale Klimagradienten die Interaktionen zwischen Insekten und holzzersetzende Pilzen und Bakterien beeinflussen. Dies wird zu einem besseren Verständnis darüber beitragen, wie Insekten die mikrobielle Biodiversität beeinflussen und wie sich diese Effekte auf den Holzabbau übertragen. Wir werden fünf Hypothesen testen bezüglich der Effekte von Insekten auf Mikroorganismengemeinschaften in Relation zu globalen Klimagradienten. Dabei werden wir Diversität auf verschiedenen Ebenen (alpha- und beta-Diversität), sowie Maße für Spezialisierung basierend auf Netzwerkanalysen und phylogenetische Diversität betrachten.Angesichts des globalen Klimawandels und des anhaltenden Verlusts an Biodiversität, einschließlich unter den Waldinsekten, ist ein besseres Verständnis der Effekte des Klimas auf die komplexen Beziehungen zwischen holzbewohnenden Insekten und Mikroorganismen erforderlich, um die Zukunft der globalen Kohlenstoffsenke im Wald vorherzusagen. Wir sind zuversichtlich, dass das vorgeschlagene Projekt ein wichtiger Schritt ist, um diese Wissenslücke zu schließen und damit nicht nur für die Wissenschaft, sondern auch für die Umwelt- und CO2-Politik von großer Bedeutung sein wird.
Within the Biodiversity Exploratory Priority Program, Core Project 8 has the mission to deliver high quality base line data on structural and functional diversity of soil microorganisms in relation to land use. Soil microorganisms, defined as having a body size below 50 micro m, encompass millions of species belonging to all regna. Their distribution is extremely dense but heterogeneous among soil microhabitats. Only a small part of them is active at each time point, and they function within complex interaction networks to ensure matter turnover, water cycle, productivity and biodiversity aboveground, but also regulate atmosphere gas composition. Due to advances in molecular biology and bioinformatics within the last decades, soil microbial communities can now be rationally characterized at different scales from the pedon to the region. In this new phase, Core Project 8 will significantly extend its service to the priority program by covering Bacteria and Archaea in addition to the general and arbuscular mycorrhizal soil fungi analyzed in the past. Accordingly, this core project will now be maintained by three PI groups. While a barcode sequencing approach of DNA and cDNA will enable us to characterize diversity of fungi and bacteria in 1.110 plots at both taxonomical and functional levels, metagenomics will provide enlarged functional data and allows us to cover further groups such as Archaea and micro-eukaryotes. By merging the barcode data in cross-kingdom co-occurrence network analyses using commonly improved bioinformatics and advanced statistic tools, we will identify key stone species, which will be functionally characterized based on the obtained metagenomics data. This program will be performed on all 300 experimental plots of the three exploratory regions as well as in all treatments of the new extensive grassland and forest gap experiments. For all these plots, Core Project 8 also has the central mission of extracting and distributing soil nucleic acids (DNA & RNA) for all contributing projects dealing with microorganisms. Further we also provide bioinformatics and specific sequencing support, thus warranting a high quality standard of data, for meta-analyses, and synthesis all over the Biodiversity Exploratories.
Gesamtziel des Vorhabens ist die Identifizierung und Verifizierung mikrobieller Systemzustandsindikatoren und die Entwicklung von darauf basierenden Prozessmodellen zur störungsfreien und bedarfsgerechten Prozesssteuerung. Damit wird die zukünftig verstärkte Nutzbarkeit von Reststoffen unterstützt, die oft schwer vergärbar und/oder prozesskritisch sind und in wechselnder Menge und Zusammensetzung anfallen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden in Laborfermentern gezielt und systematisch praxisrelevante Prozessvariationen (inkl. typische Stresssituationen) für unterschiedlich widerstandsfähige Biogas-Mikrobiome herbeigeführt, um mikrobielle Indikatoren für spezifische Systemzustände und deren Stresstoleranzpotenzial gegenüber wirkenden und stetig wechselnden Umweltfaktoren zu identifizieren. Im Ergebnis sollen Schwellenwerte für kritische Prozessbedingungen festgestellt werden, unter denen sich die Indikatorarten bzw. Indikatorgruppen anreichern oder reduzieren/verschwinden. Damit sollen die Voraussetzungen geschaffen werden, um einfache, schnelle und kostengünstige mikrobiologische Nachweisverfahren entwickeln und anwenden zu können. Über Modelle zur zeitlichen Entwicklung der mikrobiellen Diversität, insbesondere mikrobieller Systemzustandsindikatoren sollen Vorhersagen getroffen werden, wie mikrobielle Gemeinschaften auf Prozessvariationen reagieren, um Handlungsempfehlungen zur Vermeidung von Prozessstörungen im Praxisbetrieb abzuleiten.
Wirbeltiere sind mit einer großen Zahl von Mikroorganismen assoziiert. Diese mikrobiellen Gemeinschaften tragen um Größenordnungen mehr Gene als ihre Wirte und erfüllen Funktionen, die im Genom des Wirts nicht kodiert sind. Der Magen-Darmtrakt zeichnet sich durch ein sehr diverses Mikrobiom aus. Beim Menschen wird eine verminderte mikrobielle Vielfalt im Darm mit vielen Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Autoimmunerkrankungen, Diabetes und Fettleibigkeit. Über die Beziehung zwischen Darmmikroben und Gesundheit in wild lebenden Wirbeltierpopulationen ist jedoch nur wenig bekannt, da dort eine höhere genetische Variation und eine ausgeprägte Umweltheterogenität die Auswirkungen des Darmmikrobioms auf den Wirt modulieren oder sogar überlagern können. Diese große Lücke in unserem Wissen über die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Mikrobiom behindert unser Verständnis von Widerstandsfähigkeit und Anpassung von wild lebenden Tieren an den Klimawandel. In diesem Projekt untersuchen wir die antarktischen Pelzrobben und wollen verstehen wie sich Veränderungen im Darmmikrobiom der Tiere auf die Fitness von unterschiedlichen Wildpopulation auswirken. Als Steuergröße wird das verringerte Nahrungsangebot für einige Wildpopulationen genutzt, dass sich durch den Klimawandel in manchen Regionen der Antarktis ergeben hat. Entsprechend untersuchen wir zwei interagierende Umweltstressoren - Nahrungsbeschränkung und soziale Dichte. Das Projekt konzentriert sich auf das kritische Entwicklungszeitfenster zwischen der Geburt und der Ernährungsunabhängigkeit und wird die Auswirkungen wichtiger intrinsischer und extrinsischer Faktoren auf das Darmmikrobiom und sein Zusammenspiel mit mehreren fitnessrelevanten Phänotypen wie Wachstum, Überleben, Stresshormonspiegel, Immunfunktion und Genexpression aufklären. Darüber hinaus wird ein kürzlich entwickelter Einzelnukleotid-Polymorphismus-Array eine robuste Bewertung der modulierenden Auswirkungen des Wirtsgenotyps ermöglichen, einschließlich der vererbbaren genetischen Variation und der genetischen Qualität, ausgedrückt als Inzucht und immunogenetische Vielfalt. Wir stellen die Hypothese auf, dass eine geringere Nahrungsverfügbarkeit die mikrobielle Vielfalt im Darm verringert und die Prävalenz mukolytischer und proinflammatorischer Taxa erhöht, was sich negativ auf die Fitness des Wirts auswirkt. Diese Auswirkungen könnten bei Individuen mit schlechter genetischer Qualität besonders ausgeprägt sein, da diese weniger effektiv in der Lage sind, schädliche Mikroben zu bekämpfen, und dies auch unter stressigen Bedingungen mit hoher Dichte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die Kombination von phänotypische Parametern der Individuen mit mikrobiellen Daten, erstmals mechanistische Einblicke in die Wirts-Mikroben-Interaktionen einer Wildtierart möglich werden, was Vorhersagen über langfristige Populationstrends und das Management des empfindlichen Ökosystems des Südlichen Ozeans ermöglicht.
Der Wurzelgallennematode Meloidogyne javanica und der Erreger der Fusariumwelke, Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici sind bedeutende Welkeerreger im Gemüsebau des Mittleren Ostens wie auch weltweit. In der Praxis treten beide Erreger häufig gemeinsam auf und verursachen synergistische Ertragsverluste. Die Bekämpfung beider Pathogene gestaltet sich als äußerst schwierig, wobei eine völlige Ausschaltung beider Pathogene in der Regel kaum möglich ist. In den vergangenen Jahren wurde das durch die beiden Pathogene hervorgerufene Welkesyndrom primär durch Bodenbegasung mit Methylbromid bekämpft. Die völlige Abhängigkeit von diesen zwar wirkungsvollen, aber auch umweltschädigenden Pflanzenschutzmitteln hat die Entwicklung alternativer Bekämpfungsverfahren über Jahre verhindert. Der Einsatz von Methylbromid wird ab dem Jahre 2001 verboten, da dieses Pestizid das Bodenleben zu 90 Prozent abtötet und in erheblichem Maße zur Zerstörung der Ozonschicht beiträgt. Die Entwicklung wirkungsvoller und umweltfreundlicher Bekämpfungsverfahren stellt eine der aktuellen Herausforderungen in der Phytomedizin dar. Eine der Möglichkeiten soll in dem vorliegenden Projekt näher untersucht werden. Durch Steigerung der Effektivität antagonistischer Mikroorganismen sowie gleichzeitiger Applikation von Mikroorganismen mit unterschiedlichem Wirkungsmechanismus wird die Bekämpfung des Welkesyndroms an Tomaten untersucht. Im einzelnen ergeben sich folgende Ziele: 1) Verbesserung der Wirksamkeit der antagonistischen Mikroorganismen Pseudomonas fluorescens T58 und Bacillus megaterium 25-6, sowie Trichoderma harzianum T-35 und T-203, 2) Optimierung von Formulierung und Applikation der Antagonisten, und 3) grundlegende Untersuchungen zur Wirkung der verbesserten Stämme auf Pflanzenentwicklung, Befallsverlauf und mikrobielle Diversität im Boden. Die Antragsteller verfügen über langjährige Erfahrungen zum Einsatz antagonistischer Mikroorganismen und der Bekämpfung des Welkesyndroms.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 161 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 14 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 11 |
| Förderprogramm | 160 |
| Repositorium | 1 |
| Text | 2 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 3 |
| offen | 173 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 136 |
| Englisch | 82 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 5 |
| Datei | 6 |
| Dokument | 1 |
| Keine | 82 |
| Webseite | 82 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 143 |
| Lebewesen und Lebensräume | 176 |
| Luft | 90 |
| Mensch und Umwelt | 176 |
| Wasser | 106 |
| Weitere | 174 |