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Projekt
Kohlenstoff- und Energiefluss im Bodenmikrobiom – funktionelle Gruppen, Aktivität und Interaktionen in trophischen Netzwerken
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Steffen Kolb; Professorin Dr. Liliane Rueß
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465081540
Bodenökosysteme werden von Kohlenstoff-(C), Nährstoff- und Energieflüssen angetrieben, die für die biogeochemischen Kreisläufe wesentlich sind. Insbesondere die Organismen des Bodenmikrobioms beeinflussen diese Prozesse. Die interagierenden Arten sind in komplexe Netzwerke eingebettet und bestimmen je nach ihren Merkmalen die Architektur, Stabilität und Funktionalität des Mikronahrungsnetzes. Die Muster der Ressourcennutzung ergeben sich aus diesen trophischen Interaktionen zwischen den Biota innerhalb des Mikrobioms. Das Hauptziel des SPP "SoilSystems" ist es, energiebasierte Beschreibungen mit biotischen Interaktionen zu integrieren, um ein systemisches Konzept zu den Umsetzungsprozessen im Boden zu erhalten. Vor diesem Hintergrund verknüpft das beantragte Projekt den C- und Energiefluss im Bodenmikrobiom mit der Struktur und Funktion des Mikronahrungsnetzes, wobei Nematoden als Modellgruppe dienen. Der Schwerpunkt liegt auf den funktionellen Merkmalen, der Lebensstrategie und den trophischen Interaktionen der mikrobiellen Weidegänger. Die Verwendung von 13C-markierten Substraten ermöglicht die Bilanzierung von C-Pools und -Flüssen sowie die Untersuchung stabiler Isotope (Stable Isotope Probing – SIP) von Phospholipidfettsäuren (PLFA-SIP) und DNA (DNA-SIP). Metagenomanalysen werden mit DNA-SIP kombiniert, um Gene von Enzymen, welche am Substratabbau beteiligt sind, sowie die entsprechenden Stoffwechselwege zu identifizieren. Darüber hinaus dienen die metabolischen Fußabdrücke der Nematoden als merkmalsbasiertes Maß für Produktion und C-Assimilation höherer trophischer Ebenen. Drei Hauptfragen werden im Rahmen des Projekts untersucht: (1) Welchen Einfluss haben funktionelle Merkmale von bakteriellen Weidegängern (z.B. Ernährungsweise, Größe) und ihre interspezifischen Interaktionen (z.B. Ressourcenkonkurrenz, Intragilde-Prädation) auf den C- und Energiefluss im Mikrobiom? (2) Wie verändert die funktionelle Komplexität von Weidegängern (d.h. multitrophische Interaktionen) die mikrobielle Aktivität und die metabolischen Umwandlung von Ressourcen? (3) Beeinflussen veränderte mikrobielle Umsatzprozesse, z.B. verursacht durch Unterschiede im Energiegehalt von Substraten, die strukturelle und funktionelle Organisation höherer trophischer Ebenen? Die gewonnenen morphologischen, isotopischen und genomischen Daten werden mit weiteren metagenomischen (Bakterien, Pilze, Virom), biochemischen (z.B. Enzyme, Ergosterol) und thermodynamischen Ansätzen (Wärme, Kalorimetrie) kooperierender Projekte kombiniert. Dadurch wird ein umfassendes Wissen über die Struktur und Funktion des gesamten Mikrobioms und die C- und Energieflüsse gewonnen. Das beantragte Projekt wird damit die Lücke zwischen arten- und energiebasierten Nahrungsnetzen schließen und das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Energiedynamik im Boden und Ökosystemfunktionen fördern.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
