Funktionale Partitionierung der prokaryotischen Diversität unter verschiedenen Landnutzungsregimes


Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Michael Friedrich

Dr. Tim Richter-Heitmann

(Uni Bremen)

Prof. Dr. Jörg Overmann

Dr. Johannes Sikorski

Selma Vieira

Carlo Marzini

(DSMZ Braunschweig)

Hypothesen:

1. Spezifische und im Boden dominante Arten von Acidobakterien und Actinobakterien sind für den Abbau schwer-abbaubaren organischen Kohlenstoffs und Pflanzenstreu zuständig.
2.
Spezifisch angepasste Alphaproteobakterien stellen einen dominanten Anteil der pflanzlichen Rhizosphäre dar und kontrollieren die Nahrungskette organischen Kohlenstoffs von den Pflanzen zu den Mikroorganismen.
3.
Verschiedene Arten von Acidobakterien, Actinobakterien und Alphaproteobakterien sind an unterschiedliche Bedingungen des Bodens angepasst.

ProFunD konzentriert sich auf die Erforschung bakterieller Arten, welche in den Abbau von Wurzelexsudaten und Pflanzenstreu in unterschiedlichen Bodenkompartimenten eingebunden sind. Das Ziel ist es, den Zusammenhang von funktioneller bakterieller Biodiversität, Pflanzendiversität und –produktivität, Bodenparametern und Landnutzung zu verstehen.

Bakterien machen bis zu 60-80% aller Bodenlebewesen aus und stellen daher wichtige Schaltstellen des biogeochemischen Nährstoffkreislaufes, der Bodenfruchtbarkeit und der Kontrolle von Schädlingen dar. Die jeweils spezifische Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft kontrolliert daher zentrale ökosystemische Prozesses. Es hat sich gezeigt, dass Acidobakterien, Actinobakterien und Alphaproteobakterien nicht wahllos im Boden verteilt sind sondern bevorzugt unterschiedliche Bodenkompartimente besiedeln. Unterschiede in der Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft treiben die Bindung organischen Kohlenstoffs, die Regenerierung von Nährstoffen und die bakterielle Nahrungskette. Nichtsdestotrotz, die Verteilung unterschiedlicher Spezies dieser bakteriellen Gruppen, ihre Beeinflussung durch biotische und abiotische Parameter sowie die funktionellen Konsequenzen dieser Parameter auf die Nährstoffkreisläufe ist noch zu wenig erforscht.

 

In diesem Projekt werden wir die Aufteilung aktiver Mitglieder von Acidobakterien, Actinobakterien und Alphaproteobakterien zwischen der Rhizosphäre unterschiedlicher dominanter Pflanzenarten und den umgebenden Bodenpartikeln untersuchen sowie die Funktion dieser dominanten Gruppen auf den Kohlenstoffkreislauf unter unterschiedlichen ökologischen Bedingungen erforschen.

  • Wir werden auf der taxonomischen Ebene von Arten die räumliche Verteilung von  Acidobakterien, Actinobakterien und Alphaproteobakterien zwischen Rhizosphäre und Bodenpartikeln mittels Illumina Hochdurchsatz Sequenzierung der 16S rRNA untersuchen und die Abundanzen von Arten mit der spezifischen Zusammensetzung von Pflanzenexsudaten, weiteren Pflanzeneigenschaften, physikochemischen Bodenparametern sowie Landnutzungsgradienten korrelieren.

  • Wir werden den Beitrag der unterschiedlichen Bakterien zum Kohlenstoff- und Stickstoff-Transfer von den Pflanzenwurzeln (respektive Pflanzenstreu) zum Boden in funktionellen Mesokosmen analysieren. Dazu werden wir eine Kombination unterschiedlicher Isotopenmarkierungen in Techniken verwenden wie 13C/ 15N-RNA Stable Isotope Probing (SIP) und 13C-RNA Captured RNA Isotope Probing (CARIP) verwenden.

  • Zusätzlich werden wir die relative Häufigkeit von Acidobakterien, Actinobakterien und Alphaproteobakterien auf unterschiedlichen taxonomischen Auflösungsebenen (Spezies, Genus, Familie, Ordnung, Klasse, Phylum) mittels Illumina Hochdurchsatz Sequenzierung der 16S rRNA bestimmen. Dies wird ein vertieftes Verständnis für den Zusammenhang von bakterieller Diversität, funktioneller bakterieller Biodiversität, Pflanzendiversität und –produktivität, Bodenparametern und Landnutzung ermöglichen.

Dieses Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit andern mikrobiologischen sowie Pflanzen- und Boden bezogenen Projekten erfolgen, um die Integration von Daten und ihre Synthese zu ermöglichen.

 

Projekt in vorigen Phasen

 

Weitere Projektbeteiligung von Prof. Dr. Jörg Overmann, Dr. Johannes Sikorski: MicroSYSteM II

Vergangene Projektbeteiligung von Prof. Dr. Michael Friedrich, Prof. Dr. Jörg Overmann, Dr. Johannes Sikorski, Dr. Tim Richter-Heitmann: ProFIL