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Pollination is crucial for maintaining angiosperm biodiversity and represents one of the most important ecosystem services. With the increasing threats of massive insect decline, studying pollination and associated networks has become more important than ever. However, studying plant-pollinator interactions at a species level with morphological methodologies is time-consuming, expensive, and depends on exceptional taxonomic expertise. In this study, we target the plant-pollinator networks of two important crops (caraway and apple) using a combination of traditional methods with DNA barcoding and metabarcoding. With this approach, we can identify potential dipteran and hymenopteran pollinators and - from their pollen load's their associated plant species. This project is a collaboration between the ZFMK and the Agroecology and Organic Farming Group (INRES) at the University of Bonn and part of GBOL II.
Multitrophische Interaktionen sind die zugrundeliegenden Mechanismen vieler Ökosystemfunktionen in artenreichen Gemeinschaften. Anstatt zwischenartliche Wechselwirkungen direkt zu erfassen, wird in Studien zum Einfluss von Landnutzungsintensität auf Biodiversität und Ökosystemfunktionen die Abundanz und Vielfalt von Arten bestimmt oder Prozessraten ermittelt. Heute ermöglichen Fortschritte in der DNA-Sequenzierung die empirische Untersuchung einer Vielzahl von Interaktionen. Ziel des SMaTI-Projektes ist es daher, trophische Interaktionen und Ökosystemprozessraten von Kleinsäugern (Eulipotyphla, Rodentia) und ihre Reaktion auf Landnutzungsintensität und Biodiversität im Wald und Grasland empirisch zu erfassen. Kleinsäuger spielen eine entscheidende Rolle für zahlreiche Ökosystemprozesse in natürlichen und bewirtschafteten Ökosystemen, wie beispielweise Samenprädation und Herbivorie. Trotz des großen Einflusses von Kleinsäugern auf Pflanzen- (durch herbivore Rodentia) und Invertebratengemeinschaften (durch carnivore Eulipotyphla), ist weitgehend unbekannt wie die Intensität der Landnutzung die Ernährung von Kleinsäugern beeinflusst. Im Rahmen des SMaTI Projekts sollen Änderungen trophischer Interaktionen entlang des Landnutzungsgradienten durch Metabarcodierung pflanzlicher und tierischer DNA im Mageninhalt von Mäusen, Wühlmäusen und Spitzmäusen analysiert werden. Diese detaillierte Momentaufnahme der Ernährung wird durch Informationen zur langfristigen Ressourcennutzung ergänzt. Dazu werden stabile Isotope im Muskelgewebe der Kleinsäuger untersucht. Der Einfluss von Kleinsäugern auf Samen- und Insektenprädation wird mittels einer Kombination aus Cafeteria-Experiment und Kamerabeobachtung erfasst. Diese Methode ermöglicht es Prädatoren zu identifizieren und den Pro-Kopf-Verbrauch von exponiertem Saatgut und tierischer Beute durch verschiedene Konsumentengruppen zu ermitteln. Die vorgeschlagene Studie ist die erste, die darauf abzielt, Veränderungen in der Ernährung von Kleinsäugern entlang eines systematisch gewählten Landnutzungsgradienten zu erfassen. Dabei werden detaillierte Daten zu trophischen Interaktionen wichtige Einblicke in Mechanismen gewähren, die der Dynamik der Artenzusammensetzung und den ökologischen Prozessen in komplexen Ökosystemen zugrunde liegen.
Ziel des Projektes ist ein Verständnis der Entwicklung mikrobieller Gemeinschaften in Böden, vom ersten Auftreten bis zu komplexen Netzwerken. Mikroorganismen nehmen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung von Böden unter extremen Bedingungen. Veränderungen der Umwelt, etwa Nährstoffzunahme oder Temperaturanstieg, führen unmittelbar zu Veränderungen in den mikrobiellen Gemeinschaften. Antarktische Böden sind wegen ihres sehr geringen Nährstoffgehaltes empfindliche Ökosysteme; sie gelten als sehr gute Zeiger von Umweltveränderungen. Unsere zentrale Arbeitshypothese beinhaltet, dass prokaryotische Mikroorganismen die Entwicklung von Bodenlebensräumen in der Antarktis in Gang setzen und anschließend ein komplexes Netzwerk unterschiedlicher pro- und eukaryotischen Mikroorganismen entsteht, das auf der Basis unterschiedlicher Funktionen innerhalb des Netzwerkes schließlich zur stabilen Etablierung des Bodenhabitats führt. Eukaryotische Algen könnten bereits als Pioniere in frühen Sukzessionsstadien auftreten. Zum Testen der Hypothesen wird das Projekt wird die Expertise von Universität Göttingen und GFZ Potsdam zusammenzuführen. Wir werden bereits vorhandene Sedimentproben aus fünf Transsekten an Gletscherresten arider eisfreier Oasen der Ostantarktis (Larsemann-Berge, Prydz Bucht) untersuchen. Eine umfassende Analyse physiko-chemischer Parameter der Proben ist dabei Voraussetzung, die mikrobielle Diversität in Bezug zu geochemischen Variablen setzen zu können. Aufgrund der extremen Nährstoffarmut und Abgeschiedenheit des Untersuchungsgebietes erwarten wir eine erhebliche Anzahl noch unbekannter Arten in unseren Untersuchungsgebieten, die eine wertvolles Potential für biotechnologischer Anwendungen bergen können. Wir erweitern das Entfernung-steht-für-Zeit-Konzept von Chronosequenzen um den Mikromaßstab durch Vergleiche zwischen extrazellulärer und intrazellulärer DNA von Mikroorganismen. Durch den Einsatz einer neuartigen Methode zur DNA-Extraktion wird eine genaue Unterscheidung zwischen vergangenen (fossilen) und lebenden mikrobiellen Gemeinschaften erreicht. Beide DNA-Pools dienen zum Erfassen der taxonomischen Diversität der mikrobiellen Gemeinschaften auf Artniveau. Durch ultratiefe Sequenzierung (Deep Sequencing; Illumina Miseq) anhand zweier unterschiedlich variabler rRNA Genabschnitte wird eine Auflösung auf dem Artniveau erreicht. Das ist wichtig um für die Entwicklung früher Bodenökosysteme maßgebliche Spezies-gebundene Interaktionen innerhalb mikrobieller Gemeinschaften über die Grenzen taxonomischer Abteilungen und Domänen hinweg aufdecken zu können. Mit Analysen funktioneller Gene werden Struktur- und Funktionsbeziehungen zwischen pro- und eukaryotischen Mikroorganismen in Stoffflüssen des Kohlen- und Stickstoffs erfasst. Schließlich werden nach Abschätzen relativer Abundanzen der einzelnen Organismen- und Funktionsgruppen durch quantitative qPCR Spezies-Interaktionen zur mikrobiellen Produktivität abgeleitet.
Populations of P. fortinii from allover Europe are examined using microsatellites to construct gene genealogies and infer evolutionary history. The tree-root endophyte Phialocephala fortinii s.l. (mitosporic Ascomycota) is the dominant colonizer of conifer root systems in forests in the northern hemisphere. P. fortinii s.l. is genetically highly diverse and forms a complex of several cryptic species. Recombination occurs or has occurred within cryptic species and to some extent also among them (introgression). Cryptic species occur sympatrically and they can form large thalli, but it remains unclear whether the observed patterns of spatial distribution reflect local climax situations or are the results of recent gene and genotype flow. One of the key objectives will be to estimate population genetic parameters (eg. migration rates, genotype flow, recombination) within and among populations of cryptic species in forests where man-mediated genotype flow can be excluded. Other key objectives are the determination of the number, frequency, distribution and evolutionary history of the cryptic species in Europe and to identify the driving forces for speciation. The approach will be multidisciplinary and will include standard mycological and microbiological methods as well as molecular genetic techniques such as microsatellite fingerprinting and DNA sequencing. The evolutionary history of haplotypes at both the population and species level will be reconstructed and the results will be compared with known patterns of pleistocenic glaciations and postglacial recolonization of host trees. The project will be a significant contribution to the understanding of the population and evolutionary genetics of a versatile and ecologically extremely successful fungal genus and it will shed light on the effects of pleistocenic and postglacial climatic changes on fungal speciation.
mareXtreme & Beyond
Thema „Biodiversitätscheck : Artenvielfalt messbar und sichtbar machen mit eDNA Analyse“
The Joint Danube Survey (JDS(link is external)) is one of the most comprehensive investigative surface-water monitoring efforts in the world. Orchestrated by the ICPDR (link is external)(International Commission for the Protection of the Danube River), the key purpose of JDS is to gather vital data on carefully selected elements of water quality across the entire length of the Danube River and its major tributaries. The project harmonizes water monitoring practices across the Danube countries, following the EU Water Framework Directive (WFD) to achieve good water quality. Three JDS events have been previously conducted - in 2001, 2007, and 2013. The fourth survey, JDS4, took place throughout 2019 at 51 sampling sites in 13 countries across the Danube River Basin. The outcome of JDS4 will fill the information gaps necessary to enable the planned 2021 update of the Danube River Basin Management Plan. For the first time, JDS4 included DNA metabarcoding methods, carried out through the University of Essen(link is external). The resulting eDNA samples are centrally archived for JDS at the ZFMK Biobank.
Lake Sevan, the only large water reservoir within the South Caucasus, is under severe ecological pressure, and understanding the species composition of the lake and especially the rivers of its drainage basin is of central importance to inform natural resource management decisions in Armenia. Due to the limited capacity in the area for exact and fast taxonomic identification of benthic invertebrates, we started to compile a DNA barcode reference database of aquatic arthropods from the Lake Sevan drainage basin, spearheaded by Dr. Marine Dallakyan from Yerevan's Scientific Center of Zoology and Hydroecology (Armenian Academy of Sciences), whose first visit to ZFMK has been financed by DAAD. The project is closely linked to the efforts undertaken and planned within the GGBC(link is external) project. The project results are aimed at making future standardized assessment of aquatic biodiversity monitoring in Armenia and the Caucasus easier, faster, and more reliable.
Pilzparasiten auf Phytoplankton sind ubiquitär und stellen eine integrale Komponente aquatischer Ökosysteme dar. Trotz zunehmender Hinweise, dass diese parasitischen Pilze eine wichtige Rolle für verschiedenste Ökosystemfunktionen spielen - via top-down Kontrolle von Phytoplanktonblüten und alternativen Kohlenstoff- und Nährstoffflüssen - sind sie noch immer stark vernachlässigt und wenig erforscht. Insbesondere methodische Gründe sind dafür verantwortlich, so sind sie morphologisch schwierig zu identifizieren und werden daher häufig übersehen. Neuerdings zeigen Untersuchungen von Umwelt-DNA eine unerwartet hohe Diversität von meist noch nicht beschriebenen Pilzen in aquatischen Ökosystemen. Ein bedeutender Teil dieser noch unbekannten Sequenzen gehört zu den parasitischen Pilzen auf Phytoplankton. Bis heute bleiben diese jedoch noch weitgehend unsichtbar für mikrobielle Ökologen, da sie bisher nur einen kleinen Anteil der beschriebenen Arten von parasitischen Pilzen auf Phytoplankton in den Sequenzdatenbanken ausmachen. Daher, ist die Hauptaufgabe dieses Projektes, diese Lücke zwischen morphologischen und molekularen Studien mit klassischen Kultivierungsverfahren und kultivierungsunabhängigen modernen Ansätzen zu überbrücken. Dies erlaubt der Umweltgenomik, einen direkten Zugang zu taxonomischem Wissen, das während mehr als einem Jahrhundert generiert wurde. Ferner wird die Verbindung von Diversitäts- und Funktionsanalyse aquatischer Pilze ermöglicht. Die phylogenetische Integration dieser bisher stark vernachlässigten Gruppe parasitischer Pilze auf Phytoplankton wird einen wichtigen Beitrag darstellen, um die evolutionären Schlüsselereignisse der basalen Pilze an der Wurzel des Pilzstammbaumes zu verstehen. Die zweite Aufgabe soll sein, unser Wissen zu den ökophysiologischen Eigenschaften der Phytoplankton-Pilz-Interaktionen zu entschlüsseln. Zusätzlich erlaubt das einzigartige Set von Modellsystemen, physiologische Experimente durchzuführen, die die Bedeutung von Temperatur und Licht auf die Interaktion von wohl-definierten Phytoplankton-Pilzkulturen beleuchten und die taxonomische sowie ökologische Variabilität (Spezialist vs. Generalist) untersuchen. Diese Studien werden wichtige, bisher noch fehlende Grunddaten bzgl. Taxon-spezifischen und Trait-abhängigen physiologischen Antworten von Phytoplankton-Pilz Interaktionen liefern. Solche Daten sind sehr wichtig, um jetzige und zukünftige Vorhersagen von Pilzinfektionen und ihren Auswirkungen auf die Phytoplanktondynamik sowie auf die des gesamten Nahrungsnetzes im Zusammenhang mit den momentanen globalen Veränderungen zu verbessern.
In dem Projekt wird die Aufnahme und Ausprägung von Bacillus-Toxingenen durch bakterielle Symbionten des 'Pantoffeltieres' Paramecium untersucht. Bestimmte Eiweiße aus Bakterien der Gattung Bacillus sind mit hoher Spezifität toxisch für Larven von Anopheles-Mücken, den Überträgern der Malaria. Die im Vergleich zu chemischen Toxinen ökologisch weitgehend unbedenklichen Bacillus-Toxine werden in Gewässern aber schnell inaktiviert, ihre Anwendung ist daher limitiert. Ein transgenes Paramecium-Symbiosesystem könnte möglicherweise als Toxin-Carrier die Häufigkeit von Anopheles-Larven in Gewässern langfristig reduzieren, da Paramecien zum Nahrungsspektrum von Mückenlarven gehören und weltweit verbreitet sind. Bestimmte Paramecium-Symbionten bilden bereits natürlicherweise ein Eiweißtoxin, das aber statt Mückenlarven andere Paramecien abtötet. Wirkungen entsprechender regulatorischer DNA-Sequenzen der Symbionten auf die Bacillustoxin-Expression sollen untersucht werden. Die ökotoxikologischen Effekte sollen anschließend im Labor untersucht werden. Dazu gehören neben Einflüssen auf Anopheles-Larven als Zielorganismen solche auf die Lebensgemeinschaft, die in dem vorliegenden Fall das Ökosystem Stillgewässer repräsentiert
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 680 |
| Europa | 7 |
| Land | 27 |
| Weitere | 11 |
| Wissenschaft | 267 |
| Zivilgesellschaft | 7 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 10 |
| Ereignis | 5 |
| Förderprogramm | 667 |
| Mitmachportal | 2 |
| Repositorium | 1 |
| Text | 22 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 28 |
| Offen | 681 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 599 |
| Englisch | 198 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 7 |
| Bild | 3 |
| Datei | 3 |
| Dokument | 12 |
| Keine | 461 |
| Unbekannt | 1 |
| Webseite | 228 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 444 |
| Lebewesen und Lebensräume | 681 |
| Luft | 316 |
| Mensch und Umwelt | 709 |
| Wasser | 356 |
| Weitere | 699 |