Reaktion von mikrobiellen Boden- und Rhizosphärengemeinschaften auf die langfristige Variabilität bodennaher Temperatur und Bodenfeuchte in einem topographisch geprägten arktisch-alpinen System

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Claudia Knief, seit 3/2023; Professor Dr. Jörg Löffler
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491812991

Arktisch-alpine Systeme reagieren empfindlich auf die globale Erwärmung, durch die regionale Temperatur- und Niederschlagsveränderungen verursacht werden. Um die Folgen des Klimawandels auf die Bodenmikrobiota abzuschätzen zu können, muss der direkte Einfluss von Klimafaktoren in Feldexperimenten unter Berücksichtigung der landschaftlichen Heterogenität untersucht werden. In einer Vorstudie haben wir gezeigt, dass die Verwendung eines neuen Algorithmus des maschinellen Lernens (Partial Least Squares Regression) erstmalig ermöglicht, umfangreiche klimatische Daten mit mikrobiellen zu korrelieren. Dies ermöglichte uns eine taxonweise Identifikation von Schwellenwerten für Bodenfeuchte und bodennahe Temperaturen als die wichtigsten Einflussfaktoren der Bodenmikrobiota und gab zusätzlich einen Einblick in deren realisierte ökologische Nische. In diesem Projekt möchten wir diesen Ansatz nutzen, um die Mikrobiota in Bodenproben zu analysieren, die über mehr als ein Jahrzehnt gesammelt wurden, um die Sukzession und die Reaktionsfähigkeit der Bodenmikrobiota auf Witterungsvariabilitäten unter Berücksichtigung der Heterogenität des Ökosystems zu rekonstruieren. Die Probenahmestellen befinden sich in zwei Klimaregionen und umfassen sechs Höhenstufen mit jeweils vier mikrotopographischen Positionen. Alle Standorte sind mit Temperatur- und Bodenfeuchteloggern ausgestattet, die einen hochauflösenden Langzeitdatensatz liefern. Weiterhin stehen Daten zur Frequenz von Pflanzenarten sowie grundlegende Bodeneigenschaften zur Verfügung. Amplikon-Sequenzierung und qPCR werden eingesetzt, um die Zusammensetzung und Abundanz der Bodenmikrobiota zu untersuchen. Die Verknüpfung von mikrobiellen Daten mit umfassenden Umweltdaten ermöglicht es uns, vier Hauptfragen zu adressieren: a) Wie empfindlich ist die Mikrobiota auf jährliche Schwankungen, und wird diese dauerhaft von ungewöhnlichen Witterungsverläufen modifiziert? b) Welche Schwellenwerte der potenziellen ökologischen Treiber fördern oder behindern das Vorkommen mikrobieller Taxa in Abhängigkeit von der Topographie? c) Können dormante und aktive Gemeinschaften anhand ihrer realisierten ökologischen Nische unterschieden werden, und ermöglicht dies eine Abschätzung, unter welchen Umständen die jeweilige Fraktion aktiv bzw. inaktiv wird? d) Unterscheidet sich die Reaktion der Rhizosphärenmikrobiota auf Umweltfaktoren von der Bodengemeinschaft, und sind topographische Unterschiede in der Bodenmikrobiota das Ergebnis einer vegetationsspezifischen Förderung? Unser Projekt wird somit einen umfassenden Einblick in das mikrobielle Leben und seine wichtigsten Einflussfaktoren in einem arktisch-alpinen System geben, was notwendig ist, um die Reaktion des Bodenmikrobioms auf zukünftige Klimaveränderungen abschätzen zu können. Insbesondere die langfristige Jahr-zu-Jahr-Variabilität in der Mikrobiota wird zeigen, welche Auswirkungen klimagetriebene Modifikationen auf die Widerstandsfähigkeit des Systems haben können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Katharina Frindte, bis 3/2023