Funktionsweise des Korallen-Holobionten unter Umweltveränderung: Untersuchung der Schlüsselfaktoren für assoziierte Denitrifizierung - DECODE
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Stickstoff (N) ist ein limitierender Nährstoff in hochproduktiven tropischen Korallenriffen, obwohl er eine Schlüsselrolle für den Stoffwechsel der Korallen spielt. Dies erfordert einen effizienten Stickstoffkreislauf innerhalb der Korallen-Holobionten (d. h. des Korallentieres mit seinen Algensymbionten und den dazugehörigen Mikroben). Gleichzeitig können sich hohe interne N-Konzentrationen nachteilig auf den Korallen-Holobionten auswirken, indem sie das interne System von der N-Limitierung auf die P-Limitierung verlagern, was mit einer erhöhten Anfälligkeit für Bleiche in Verbindung gebracht wurde. Das korallenassoziierte Mikrobiom kann eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der internen N-Verfügbarkeit spielen, indem es entweder bioverfügbaren N durch die Fixierung von atmosphärischem Distickstoff (N2) bereitstellt oder den Korallenholobionten durch Denitrifikation von überschüssigem N entlastet. Die N2-Fixierung durch diazotrophe Mikroorganismen ist sehr anfällig für Veränderungen der Umweltparameter (z. B. Temperatur, Licht), während die potenziellen Auswirkungen der Umwelt auf die Denitrifikation bisher unbekannt sind. Jüngste Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass beide wichtige Prozesse innerhalb des N-Kreislaufes in Korallenholobionten gleichzeitig ablaufen, miteinander korreliert sind und wahrscheinlich durch die von den Algensymbionten bereitgestellten Photosyntheseprodukte gespeist werden. Auf der Grundlage der verfügbaren Daten stellte ich die Hypothesen auf, dass ein stabiler Korallenholobiont durch ein internes Gleichgewicht der C- und N-Verfügbarkeit gekennzeichnet ist, das durch das komplexe Zusammenspiel zwischen assoziierten Denitrifizieren, Diazotrophen und Algensymbionten innerhalb des Korallenholobionten gefördert wird. Eine Abweichung von diesem Gleichgewicht kann zu einer Unterbrechung der N-Limitierung für die Algensymbionten führen und letztlich die Gesundheit der Korallen-Holobionten beeinträchtigen. Das Projekt DECODE (Determining the drivers of coral-associated denitrification) kombinierte Feldstudien in saisonaler Auflösung mit manipulativen Laborexperimenten, bei denen eine Vielzahl von Methoden von der Isotopenanalyse bis zur Gaschromatographie und molekulare Techniken zum Einsatz kamen. Dieses Projekt hat unser Wissen über die Rolle und die Kontrolle der Denitrifikation in Korallenholobionten erheblich erweitert: (1) die korallenassoziierte Denitrifikation war immer nachweisbar, wobei die höchsten Aktivitäten bei symbiontenfreien Korallen beobachtet wurden, (2) Denitrifizierer können die photosynthetische C-Versorgung mit gelöstem organischem C (DOC) aus der Umwelt ergänzen oder sogar ersetzen, wobei (3) erhöhte DOC-Konzentrationen die Denitrifikation stimulieren/verringern, und (4) erhöhte N- Konzentrationen in der Umwelt das Algenwachstum fördern, ohne den Ernährungszustand des Korallenwirts zu beeinträchtigen. Schließlich deutet (5) die jahreszeitlich bedingte Nährstoffaufteilung darauf hin, dass jeder Symbiosepartner versucht, seinen C- und N-Erwerb zu optimieren. Unsere Studie bestätigt damit die Bedeutung der korallenassoziierten Denitrifikation und die enge Kopplung von internen C- und N-Kreisläufen in Korallenholobionten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Relative abundance of nitrogen cycling microbes in coral holobionts reflects environmental nitrate availability. Royal Society Open Science, 8(6), 201835.
Tilstra, Arjen; Roth, Florian; El-Khaled, Yusuf C.; Pogoreutz, Claudia; Rädecker, Nils; Voolstra, Christian R. & Wild, Christian
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Comparative Evaluation of Free Web Tools ImageJ and Photopea for the Surface Area Quantification of Planar Substrates and Organisms. Diversity, 14(4), 272.
El-Khaled, Yusuf C.; Kler Lago, Alexandra; Mezger, Selma D. & Wild, Christian
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Effective asexual reproduction of a widespread soft coral: comparative assessment of four different fragmentation methods. PeerJ, 10, e12589.
Kim, Sohyoung; Wild, Christian & Tilstra, Arjen
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Phosphate enrichment increases the resilience of the pulsating soft coral Xenia umbellata to warming. Frontiers in Marine Science, 9.
Klinke, Annabell; Mezger, Selma D.; Thobor, Bianca; Tilstra, Arjen; El-Khaled, Yusuf C. & Wild, Christian
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Presence of algal symbionts affects denitrifying bacterial communities in the sea anemone Aiptasia coral model. ISME Communications, 2(1).
Xiang, Nan; Rädecker, Nils; Pogoreutz, Claudia; Cárdenas, Anny; Meibom, Anders; Wild, Christian; Gärdes, Astrid & Voolstra, Christian R.
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The pulsating soft coral Xenia umbellata shows high resistance to warming when nitrate concentrations are low. Scientific Reports, 12(1).
Thobor, Bianca; Tilstra, Arjen; Bourne, David G.; Springer, Karin; Mezger, Selma Deborah; Struck, Ulrich; Bockelmann, Franziska; Zimmermann, Lisa; Yánez Suárez, Ana Belén; Klinke, Annabell & Wild, Christian
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The widely distributed soft coral Xenia umbellata exhibits high resistance against phosphate enrichment and temperature increase. Scientific Reports, 12(1).
Mezger, Selma D.; Klinke, Annabell; Tilstra, Arjen; El-Khaled, Yusuf C.; Thobor, Bianca & Wild, Christian
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Excess labile carbon promotes diazotroph abundance in heat-stressed octocorals. Royal Society Open Science, 10(3).
Xiang, Nan; Meyer, Achim; Pogoreutz, Claudia; Rädecker, Nils; Voolstra, Christian R.; Wild, Christian & Gärdes, Astrid
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Physiology of the widespread pulsating soft coralXenia umbellatais affected by food sources, but not by water flow. Ecology and Evolution, 13(9).
Hill, C. E. L.; Abbass, S. G.; Caporale, G.; El‐Khaled, Y. C.; Kuhn, L.; Schlenzig, T.; Wild, C. & Tilstra, A.
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Short-term ocean acidification decreases pulsation and growth of the widespread soft coral Xenia umbellata. PLOS ONE, 18(11), e0294470.
Tilstra, Arjen; Braxator, Lorena; Thobor, Bianca; Mezger, Selma D.; Hill, Claudia E. L.; El-Khaled, Yusuf C.; Caporale, Giulia; Kim, Sohyoung & Wild, Christian
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Coral high molecular weight carbohydrates support opportunistic microbes in bacterioplankton from an algae-dominated reef. mSystems, 9(11).
Thobor, Bianca M.; Haas, Andreas F.; Wild, Christian; Nelson, Craig E.; Wegley Kelly, Linda; Hehemann, Jan-Hendrik; Arts, Milou G. I.; Boer, Meine; Buck-Wiese, Hagen; Nguyen, Nguyen P.; Hellige, Inga & Mueller, Benjamin
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Excess particulate organic matter negatively affects the ecophysiology of the widespread soft coral Xenia umbellata. Marine Biology, 171(12).
Hill, C. E. L.; Rücker, J.; Eichhorn, N.; Mezger, S. D.; Caporale, G.; El-Khaled, Y. C.; Blanco C., S. V.; Wild, C. & Tilstra, A.
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Mucus carbohydrate composition correlates with scleractinian coral phylogeny. Scientific Reports, 14(1).
Thobor, Bianca M.; Tilstra, Arjen; Mueller, Benjamin; Haas, Andreas; Hehemann, Jan-Hendrik & Wild, Christian
