Implikationen von Energie- und Stoffflüssen auf die Diversität und Komplexität mikrobieller Gemeinschaften in Bodensystemen

• Antragsteller: Professor Christoph Tebbe, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500452744

Mikrobielle Gemeinschaften sind der zentrale Motor für die Umsetzung organischer Substanz in Böden, durch die letztendlich biogeochemische Stoffkreisläufe und andere wichtige Ökosystemdienstleistungen aufrechterhalten werden. Die Bedeutung der biologischen Vielfalt für diese Leistungen ist jedoch bis heute kaum verstanden. Ziel dieses Forschungsprojekt ist es, die Implikationen von Energie- und Stoffflüssen auf die Diversität und Komplexität mikrobieller Gemeinschaften zu charakterisieren, um so zu einem besseren, systembasierten Verständnis zu gelangen, wie Böden Energie und Stoffe mikrobiologisch verarbeiten. Die experimentellen Untersuchungen erfolgen insbesondere durch Partizipation an den drei interdisziplinären Zentralexperimenten des neuen DFG Schwerpunktprogramms SPP2322, bei denen verschiedene Substrate, Böden und Randbindungen getestet werden. Die mikrobiellen Gemeinschaften (Bakterien, Archaeen und Pilze), werden aus DNA von Bodenproben und individuellen Bodenaggregaten mit der PCR quantifiziert und durch Sequenzierung taxonomisch zugeordnet, so dass ihre Diversität auf Basis von 16S rRNA Genen bzw. ITS Sequenzen bestimmt werden kann. So werden substratabhängige Veränderungen in zeitlicher Sukzession verfolgt und die Anwendbarkeit von optimierten Netzwerkanalysen zur Sichtbarmachung von komplexen Beziehungen innerhalb der Gemeinschaften in Reaktion auf Energie- und Substratflüssen überprüft. Diese Mikrobiom-Analysen werden mit Informationen über die Energie- und Stoffflüsse, über mikrobiellen Stoffwechsel und die Poolgrößen von Biomasse und Nekromasse, aus den drei Zentralexperimenten verknüpft. Die Daten zur mikrobiellen Abundanz, Vielfalt und Veränderlichkeit werden außerdem für die Modellbildung im SPP zur Verfügung gestellt. In diesem Vorhaben werden fünf Hypothese überprüft, um den Zusammenhang der Diversität mit der Gibbs Energie und molekularen Struktur unter Variation der Wasserverfügbarkeit und Temperatur zu überprüfen. Wir erwarten, dass die Bakterien und Pilz-Gemeinschaften auf Grund ihrer spezifischen Biologie in unterschiedlicher Weise Energie in Böden umsetzen, ebenso wie oligotrophe und kopiotrophe Bakterien. Dank unserer neuen Methode mikrobielle Metagenome aus einzelnen Bodenaggregaten untersuchen zu können, werden wir die Eignung einer optimierten Netzwerkanalysen zur Darstellung komplexer Beziehungen verschiedener Taxa ermitteln. Außerdem werden wir an mm-Gradienten den Einfluss der Detritussphäre auf den Abbau von Nekromasse messen und anhand eines Tongradienten in einem experimentellen Boden den Abbau von Chitin als Nekromasse-Indikator unter dem Einfluss von biologischer Verfügbarkeit und der Interaktion mikrobieller Gemeinschaften aus benachbarten Bodenaggregaten analysieren. – Insgesamt sollen die Ergebnisse dieses Vorhabens dazu beitragen, unser Verständnis zu verbessern, wie Energie- und Stoffflüsse mikrobielle Gemeinschaften und deren Effizienz bei der Umsetzung von organischer Bodensubstanz beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2322: Systemökologie von Böden – das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung
• Mitverantwortlich: Damien Finn, Ph.D.