Eine synthetische mikrobielle Bodengemeinschaft als Modellsystem, um zu testen wie Energie- und Materieflüsse durch trophische Wechselwirkungen und das primäre Energiesubstrat im Boden moduliert werden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Katharina Huber; Privatdozentin Dr. Meina Neumann-Schaal; Professor Dr. Michael Pester
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465065038

Böden sind lebenswichtige Bestandteile terrestrischer Ökosysteme. Wie Energie- und Materieflüsse in Böden in Zusammenhang stehen mit der strukturellen und funktionellen Vielfalt des Bodenmikrobioms und seiner Wechselwirkung mit höheren trophischen Ebenen ist jedoch weitestgehend unverstanden. In diesem Antrag möchten wir eine synthetische mikrobielle Bodengemeinschaft verwenden, die die wichtigsten mikrobiellen Taxa und mikrobielle Predatoren im Boden wiederspiegelt, um Zusammenhänge zwischen dem Energie- und Materieeintrag in den Boden, der Struktur und Funktion des Bodenmikrobioms und den daraus resultierenden Energie- und Materieflüssen zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde eine synthetische Bodengemeinschaft konzipiert, die aus 25 Repräsentanten der Proteobakterien, Acidobakterien, Actinobakterien, Bacteroidetes, Verrucomicrobia, Chloroflexi und Gemmatimonadetes sowie einem typischen Bodenascomyceten besteht. Predatoren werden durch bakterien- und pilzfressende Nematoden sowie bakterienfressende Myxobakterien vertreten sein. In Arbeitspaket (AP) 1 werden wir in einem multidisziplinären Großexperiment mit sechs weiteren SPP-Partnern Hypothese A des SPP testen: Das Mikrobiom moduliert die Energiefreisetzung und den Materieumsatz entlang verschiedener Energieverbrauchskanäle. Der Schwerpunkt dieses AP liegt auf der Auswirkung von bakterienfressenden Predatoren und der Konkurrenz zwischen ihnen auf die Struktur des Mikrobioms und dadurch modulierte Kohlenstoffflüsse, Kohlenstoffreservoirs und Wärmefreisetzung in einer synthetischen Bodengemeinschaft. Parallel dazu werden wir die Auswirkungen funktioneller Gruppen von Predatoren (bakterienfressende vs. pilzfressende) auf die Struktur des Mikrobioms, die Kohlenstoffflüsse und die Wärmefreisetzung in einer natürlichen Bodengemeinschaft identifizieren. In AP2 werden wir die synthetischen Bodengemeinschaft verwenden, um Hypothese B des SPP zu untersuchen: Energie- und Materieeintrag im Boden beeinflussen die biologische Komplexität. Hier wollen wir verstehen, wie Modellsubstrate mit unterschiedlicher Energieausbeute und Abbaubarkeit (Cellulose, Stärke) die Struktur der synthetischen Bodengemeinschaft mit und ohne Einfluss der Predatoren beeinflussen. Darüber hinaus werden wir untersuchen, wie das primäre Energiesubstrat die Expression chemischer Abwehrmechanismen zwischen Mikrobiom-Mitgliedern beeinflusst und sich somit indirekt auf die Kohlenstoffflüsse und -reservoirs sowie die Wärmefreisetzung auswirkt. Wir sind überzeugt, dass eine synthetische Bodengemeinschaft ein wesentlicher Schritt in Richtung eines konzeptionellen Verständnisses ökologischer Wechselwirkungen in Böden ist. Dieser systembiologische Ansatz wird ermöglichen zu verstehen wie das Bodenmikrobiom und höhere trophische Ebenen (AP1) sowie das primäre Energiesubstrat (AP2) Energie- und Kohlenstoffflüsse im Boden beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2322: Systemökologie von Böden – das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung