Biologie der Holobionten: Spezifität und Stabilität der Assoziation symbiotischer Arten und Auswirkungen auf den resultierenden Phänotypen (ASSOCIATE)

• Antragsteller: Professor Christian Voolstra, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559279431

Steinkorallen gehen eine endosymbiotische Beziehung mit Algen aus der Familie der Symbiodiniaceae ein. Diese Beziehung bildet die Grundlage der Korallenriff-Ökosysteme, die Lebensraum für ca. 30% aller beschriebenen Meeresarten bilden. Korallen und die von ihnen aufgebauten Riff-Ökosysteme sind einer beispiellosen Bedrohung durch anthropogene Veränderungen ausgesetzt, z. B. durch Hitzewellen im Meer, die die sog. Korallenbleiche, d.h. die Ausstoßung der symbiontischen Algen, verursachen. Ohne ihre Symbionten fehlenden Korallen die zur Verfügung gestellten Zucker aus der Photosynthese, was zum Verhungern und Absterben der Korallen führen kann. Obwohl man ursprünglich davon ausging, dass alle Korallen mit einer einzigen Algenart vergesellschaftet sind, weiss man inzwischen, dass Korallen mit einer Vielzahl genetisch unterschiedlicher Symbiodiniaceae vergesellschaftet sind, die vermutlich eine hohe Partnertreue aufweisen. Dennoch können sich diese Assoziationen längeren Stressperioden folgend neu ausbilden, wenngleich wenig über die phänotypischen Konsequenzen solcher veränderten Assoziationen bekannt ist bzw. wie langlebig solche neu-assoziierten Partnerschaften sind. Tatsächlich sind für die meisten Korallen-Algen-Paarungen der Grad der Treue und die Spezifität der Assoziation unbekannt, ebenso wie das Wissen darüber, wie sich dies auf den Holobionten und seine Zusammensetzung insgesamt (Mikrobiom) auswirkt. In diesem Proposal wollen wir Korallen-Algen-Genotyp-Assoziationen in großem Maßstab (auf Populationsebene) untersuchen, sowie die Phänotypen unter ursprünglichen und veränderten Wirts-Symbionten-Paarungen untersuchen. Zu diesem Zweck sollen ein Hybrid-Capture basierender Ansatz zur gleichmäßigen Anreicherung der DNA von Korallen und Algen in Verbindung mit Sequenzierungen einzelner Algenzellen zum Einsatz kommmen, die tiefe Einblicke in die genetische Architektur von beiden Organismen erlaubt. Des Weiteren sollen standardisierte Hitzeschnelltests über die Temperaturtoleranz und Mikrobiomsequenzierungen über die bakterielle Zusammensetzung informieren. Die Analyse definierter Korallen-Algen-Paarungen und deren phänotypische Konsequenzen hilft zu verstehen, wie die genetischen Merkmale (Genotypen) eines Partners die Selektion bestimmter Genotypen des anderen Partners beeinflussen und wie beide den Phänotyp des resultierenden Holobionten beeinflussen. Das wiederum beinhaltet wichtige Implikation für unser Verständnis bezüglich biologischer Vielfalt und Arterhaltung. Zum Beispiel bedingt das Vorhandensein definierter Korallen-Algen-Genotypassozierungen, dass die (genetische) Vielfalt der Algen-Symbionten die (genetische) Vielfalt der Korallen einschränkt (und umgekehrt). Ein besseres Verständnis darüber, wie sich symbiotische Arten assoziieren und wie sich das auf die Fähigkeit des Holobionten auf Umweltveränderungen zu reagieren auswirkt, ist entscheidend für die Prognose des Überlebens von Arten und der biologischen Vielfalt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen