Pilzliche Peroxidasen in Böden: funktionelle und taxonomische Diversität und enzymatische Aktivitäten bei unterschiedlicher Landnutzung in den Deutschen Biodiversitäts-Exploratorien

 

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Martin Hofrichter

(Internationales Hochschulinstitut Zittau)

Dr. Dirk Krüger

Danuta Kapturska
(Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH -UFZ, Halle)

Hypothesen

1. Diversität pilzlicher Peroxidasen ist größer in Standorten reich an Pflanzentaxa.


2. Diversität pilzlicher Peroxidasen ist größer in Waldstandorten als in landwirtschaftlichen Standorten.


3. Es besteht ein Kontinuum von Peroxidasen in Boden und Holz.

 

Einführung

Unter den bekannten Großpilzen spielen die Ständerpilze (Basidiomyceten) eine zentrale Rolle in der Natur. So sind saprobische Bodenpilze verantwortlich für den Abbau stabiler pflanzlicher Biopolymere in der Streuschicht des Bodens. Ohne diese Abbauleistung der Basidiomyceten würde die Landschaft – bildlich gesprochen – in unzersetzten Pflanzenresten (Blätter, Nadeln, Zweige) ersticken.

Die ökologische Gruppe der Bodenstreu zersetzenden Pilze unterscheidet sich physiologisch deutlich von symbiotischen Mykorrhizapilzen sowie parasitischen und holzabbauenden Pilzen. Um die Diversität streuzersetzender Pilze zu erfassen, müssen die Organismen als Reinkulturen isoliert oder über molekulare Methoden im Boden nachgewiesen werden. Jedoch deckt die Isolierung von Mikroorganismen auf künstlichen Medien die mikrobielle Diversität nur unzureichend ab, und auch keine der molekularen Methoden kann, aufgrund der Inhomogenität des Bodens, die gesamte Pilzdiversität abbilden. Die Deutschen Biodiversitätsexploratorien bieten eine hervorragende Plattform, um die pilzliche Diversität unter unterschiedlichen Landnutzungsformen und -intensitäten sowie in Gegenwart verschiedener Pflanzengesellschaften funktionell zu studieren.

Ziele


Im vorliegenden Forschungsprojekt wird eine ökologische Gruppe von Basidiomyceten, die Streuzersetzer, auf der Ebene ihrer Gene und Proteine bearbeitet. Im Mittelpunkt des Interesses stehen dabei extrazelluläre Peroxidasen, die als Schlüsselenzyme des Abbaus von Lignin und Huminstoffen fungieren. Diese Enzyme sind über ihre ökologische Bedeutung hinaus auch biotechnologisch von Bedeutung, da sie u. a. pharmazeutisch relevante Reaktionen katalysieren und Schadstoffe oxidieren. Peroxidasen werden auf der Ebene der DNA und RNA sowie der Enzymproteine in Boden und Streu detektiert und sollen später molekular und katalytisch charakterisiert werden.

Methoden

Zur Zeit befassen sich die Mitarbeiter von FUPERS mit der Optimierung von molekularbiologischen und proteinchemischen Methoden (u. a. Entwicklung von Peroxidase-Primern, Enzymanreicherung und -nachweis in Bodenextrakten), der Ausbringung und Aufarbeitung von Streubeuteln im Hainich, und der Analyse der Basidiomyceten-Diversität anhand spezifischer Primer. Mikrokosmos-Experimente im Labor mit vor Ort im Hainich isolierten Pilzstämmen sollen Rückschlüsse erlauben, welche ligninolytischen Peroxidasen und Peroxygenasen in welcher Menge gebildet werden. Ziel ist es, Schlüsselarten des Ligninabbaus in der Streu zu identifizieren, die später im Feld (d.h. in Boden- und Streuproben) nachgewiesen werden können.

Bild FUPERS
Foto: Danuta Kapturska
Foto: Danuta Kapturska
Foto: Danuta Kapturska
Foto: Danuta Kapturska
Foto: Danuta Kapturska
Foto: Danuta Kapturska
Foto: Danuta Kapturska
Foto: Danuta Kapturska