N-Kontrolle: Biologische, ökologische und evolutionäre Kontrollen der marinen Ammoniakoxidation.

• Antragsteller: Professor Dr. David Needham, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528807633

Mikroben dominieren die marinen Energie- und biogeochemischen Kreisläufe und sind für ca. die Hälfte der Primärproduktion auf der Erde verantwortlich. Diese mikrobiellen Gemeinschaften wechseln innerhalb von Tagen, so dass es wichtig ist die biotischen und abiotischen Einflüsse auf ihre Biomasse und ihre Aktivitäten zu verstehen, was aufgrund der extremen Vielfalt und winzigen Größe schwierig ist. Der Stickstoffzyklus und vor allem die Nitrifikation, bei der Ammoniak in Nitrit und dann in Nitrat umgewandelt wird, werden von relativ wenigen, aber sehr diversen Organismen kontrolliert. Die primär verantwortlichen, die Ammoniak-oxidierenden Archaeen (AOA), dominieren weltweit die Tiefseebiomasse, binden 0,1-1 Pg Kohlenstoff pro Jahr und produzieren Lachgas (N2O), ein Treibhausgas, das 300x stärker als CO2 ist. Die Kontrolle der AOA und ihre Auswirkungen auf das Ökosystem zu verstehen ist eine Herausforderung, da ihr primärer mariner Lebensraum die Tiefsee ist. Wir haben in Zeitreihenmessungen festgestellt, dass AOA im Spätherbst und Winter in der gesamten Wassersäule der südwestlichen Ostsee vorherrschend sind. N-Control wird auf diesen Beobachtungen aufbauend das Verständnis für den Zusammenhang zwischen der zugrundeliegenden Vielfalt und Dynamik der AOA, ihren Wachstumsraten und den Auswirkungen auf das Ökosystemund deren Beeinflussung durch ökologische und biotische Wechselwirkungen. In WP1 wirddas Genom von neuen AOA sequenziert, die wir bereits aus der Ostsee angereichert haben (5), sowie weitere Stämme angereichert und sequenziert. Parallel dazu werden mikrobielle Gemeinschaften im Herbst und Winter und aus zwei Zeitreihenstandorten in der Ostsee sequenziert. Ziel ist es, nischendefinierende Gene und deren Variabilität unter den Ostsee-AOA zu bestimmen und herauszufinden, wie sie mit Umweltparametern wie N2O, Ammonium und Temperatur zusammenhängen. In WP2 werden wir die Raten der Ammoniakoxidation und der Kohlenstofffixierung an einem Ostsee-Zeitserienstandort quantifizieren, um die Auswirkungen der AOA auf das Ökosystem zu verstehen. Ebenso werden wir in WP2 untersuchen, wie Umweltparameter (z.B. Temperatur) die N2O-Produktion von AOA beeinflussen. In WP3 schließlich wird die biotische AOA-Kontrolle identifiziert und quantifiziert. Dazu werden vollständige Profile mikrobieller Gemeinschaften und Umweltdaten genutzt, um Muster des gemeinsamen Auftretens von Mikroben vorherzusagen und ein mikrobielles Gemeinschaftsmodell der in der Ostsee nitrifizierenden Organismen zu entwickeln. Außerdem werden wir die Vorhersage von AOA-Viren anhand von Metagenomen testen und die Auswirkungen von heterotrophen Protisten und viraler Lyse auf die Wachstumsraten quantifizieren. Zusammengefasst wird N-Control zu einem besseren Verständnis der weltweit relevanten AOA in einem ökologisch hoch relevanten Modellökosystem wie der Ostsee, das einem raschen Klimawandel und zahlreichen

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