Anpassung der grünen Makroalge Ulva und ihres Mikrobioms an die niedrigen Temperaturen in der Antarktis (COLDULVA)

• Antragsteller: Dr. Thomas Wichard
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424256657

Das Projekt COLDULVA (lies: cold-Ulva) erforscht die grüne Makroalge Ulva, auch bekannt als Meersalat, die weltweit in Küstengebieten vorkommt. Ulva zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Anpassungsfähigkeit an Veränderungen in der Umgebung aus. Sie kommt daher oft in stark vom Menschen verunreinigten Gewässern vor, aber auch unter extremen natürlichen Bedingungen wie in der Antarktis. Das Wachstum und die Morphogenese von Ulva hängt jedoch davon ab, dass die assoziierten Bakterien wachstumsfördernde Verbindungen freisetzen. Unter bakterienfreien Bedingungen entwickelt sich Ulva zu einem undifferenzierten Zellhaufen. Das Projekt zielt darauf ab, stressgeregelte Gene und Metaboliten von Ulva zu identifizieren, die während der kurzfristigen Kältereaktion und Akklimatisierung unter besonderer Berücksichtigung des Mikrobioms von Ulva stimuliert werden. Interessanterweise wachsen auch kälteangepasste (antarktische) Ulva-Arten bei höheren Temperaturen. Die warm gemäßigte U. mutabilis wächst jedoch nicht bei niedrigen Temperaturen, aber eben auch nicht die essentiellen assoziierten Bakterien. Diese Beobachtungen ebnen den Weg, die kälte-regulierten Gene und Metaboliten in Ulva aus der Perspektive sowohl intrinsischer (Algenstoffwechsel) als auch extrinsischer (Mikrobiom) Faktoren zu entschlüsseln. Wir gehen davon aus, dass Ulva richtig auf Stress reagieren wird, wenn sich sein Mikrobiom auch an Umweltveränderungen anpasst, um die algenwachstumsfördernden Verbindungen bereitzustellen. In der ersten Förderperiode wurde insbesondere folgende Frage untersucht: "Gibt es Schlüsselgene und Metaboliten für die Anpassung an antarktische Umweltbedingungen? Um dieser Frage nachzugehen, wurden Bakterien von antarktischen Ulva-Arten isoliert mit dem Ziel das Wachstum der warm gemäßigten U. mutabilis bei niedrigen Temperaturen zu fördern. Die Veränderungen des Algenstoffwechsels werden aufgrund unterschiedlicher Genexpression und Metaboliten-Bildung nach einem Kältestress untersucht. COLDULVA setzt in der zweiten Förderperiode folgende Schwerpunkte: (1) Die Integration der Metabolom- und Transkriptomdaten der ‘Split-Sample-Study’ zur Identifizierung von Genen und Metaboliten Profilen unter Kältestressbedingungen soll durchgeführt werden. (2) Die Identifizierung von Naturstoffen , die an der Ulva-Bakterien-Symbiose unter Kältestress beteiligt sind und idealerweise mit Hilfe von MALDI-MS-Bildgebung zur räumlichen und zeitlichen Auflösung erkannt werden. (3) Die produzierte Menge des Morphogen Thallusin soll in Abhängigkeit von der Temperatur quantifiziert werden, um Dosis-Wirkungskurven für verschiedene Bakterien unter Temperaturstress aufnehmen zu können. Als Ergebnis der zweiten Förderperiode wird COLDULVA wichtige Einblicke in die Regulationsnetzwerke bakterieller Makroalgen-Interaktionen und die bakterienvermittelte Kaltadaptation von Ulva sowie in ihre bakterielle Besiedlung und die Morphogenproduktion unter Kältestress liefern.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1158: Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten
• Internationaler Bezug: Argentinien, Belgien
• Mitverantwortlich(e): Dr. Inka Bartsch
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Olivier De Clerck; Dr. Walter Cormack; Dr. Lili Quartino