Lipidomics and functional genetics of the terrestrial microbial N-Cycle

• Applicant: Professor Dr. Lorenz Schwark
• Subject Area: Mineralogy, Petrology and Geochemistry
• Term: from 2013 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 235042618

Der Stickstoffkreislauf ist ein Schlüsselelement in der Gestaltung der Biosphäre und wird von Mikroben beeinflusst, die zur N-Fixierung befähigt sind und zu dessen Umsetzung in für Makrobiota verwertbare Komponenten. Diese komplexen Reaktionen werden von einer Vielzahl an Mikro-organismen ausgeführt, von denen viele nicht kultivierbar und daher weitgehend unbekannt sind. Fortschritte in Mikrobieller Ökologie der letzten zwei Jahrzehnte, basierend auf funktioneller Genetik und Proteomics zeigen, dass der N-Kreislauf weit komplexer ist als vormalig angenommen. Wir streben an, das Wissen über N-zyklisierende Mikroben durch Lipidomics zu erweiteren, die komplementär an Proben aus hochdiversen terrestrischen Ökosystemen (Acker, Nassreisfeld, Watt, Marsch, See, Fluß, Feuchtgebiet, Torfmoor) ausgeführt wird, zu denen die Mitantragsteller die volle molekulargenetische Charakterisierung bereits erstellten oder beitragen werden. Somit ist dieses Projekt außergewöhnlich kosteneffizient realisierbar. Statistische Auswertung der Lipidomics und Genetik Datensätze wird die Zuordnung diagnostischer Membranlipide zu spezifischen mikrobiellen Produzenten gewährleisten. Auf Vorarbeiten basierend, postulieren wir eine Herkuft des GDGT Thaumarchaeol von archaealen Nitrifizierern, Caldarchaeol Isomeren von methanogenen Euryarchaeen, verzweigter GDGT und C19cyclopropyl-PLFA von denitrifizierenden Bakterien, heterozystöser Glycolipide von Cyanophyceen und Ladderane von Anammox-Bakterien. Unterschiedliche Zeitdomänen werden hierbei von intakten Phospho/Glykolipiden aus lebender Biomasse gegenüber Kern-Lipiden abgedeckt, die mikrobielle Gemeinschaften und deren Aktivität über Jahrhunderte/Jahrtausende integrieren. Begleitend wird angestrebt, denitrifizierende Bakterien als Quelle für ubiquitäre, hinsichtlich ihrer Bioproduzenten jedoch unbekannte, verzweigte GDGT zu belegen, die empirisch belegt, als molekulare Paleothermometer Anwendung finden.

• DFG Programme: Research Grants
• International Connection: China
• Major Instrumentation: Präparative HPLC
• Instrumentation Group: 1350 Flüssigkeits-Chromatographen (außer Aminosäureanalysatoren 317), Ionenaustauscher
• Participating Persons: Dr. Li-Mei Zhang; Professor Guibing Zhu, Ph.D.