Artenvielfalt und Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften in Böden von Grünland- und Waldökosystemen entlang von Landnutzungsgradienten

Die Hauptziele des Kernprojekts Mikroorganismen sind:

• Organisation koordinierter Bodenprobennahmekampagnen (in Kooperation mit Kernprojekt 9 Soil). Die nächste Probenahme ist für Frühjahr 2026 geplant.
• Langzeitarchivierung von Bodenproben und extrahierten genetischen Materials (DNA und RNA).
• Langzeitmonitoring zur Biodiversität von Bodenbakterien, Archaeen, Pilzen und deren Funktion in allen 300 EPs sowie in den neu eingerichteten Großexperimenten (FOX, REX I+II, LUX). Darüber hinaus wird die Zusammensetzung von Viren- und Phagenpopulationen erfasst.
• Identifizierung und Charakterisierung von mikrobiellen Schlüsselarten mittels Co-Occurrence-Netzwerkanalysen, gefolgt von ausgewählten metagenomischen Analysen mittels Shotgun-Sequenzierung. Dies wird vertiefte Einblicke in die funktionelle mikrobielle Diversität ermöglichen.
• Identifizierung und funktionelle Analyse des kleinen, aber bedeutsamen Anteils an aktiven Bakterien durch Analyse des rRNA/rDNA-Zahlenverhältnisses. Dies ist von Bedeutung, da die meisten Bodenbakterien inaktiv sind und somit nicht zu Ökosystemfunktionen beitragen.
• Etablierung adäquater Primer und Quantifizierung von Schlüsselorganismen bzw. Schlüsselfunktionen mittels quantitativer PCR (qPCR).
• Rekonstruktion mikrobieller Genome und entsprechende Ableitung der mikrobiellen ökologischen Funktionen aus repräsentativen Grünlandflächen (Metagenome).
• Teilnahme an der gemeinsamen zusammenführenden Analyse (Syntheseprojekte) von Daten aus den verschiedenen Fachdisziplinen der wissenschaftlichen Gemeinschaft der Biodiversitäts-Exploratorien.
• Interaktion und Datenaustausch mit Projekten auf internationaler Ebene.
• Bereitstellung eines MAG Kataloges und einer BE Stammsammlung

Alle Kernprojekte liefern wichtige Basisinformationen zu Landnutzung, Diversität und Ökosystemprozessen (Langzeitmonitoring). Diese werden den Teil-Projekten in jeder Phase für die Erforschung tiefergreifende Fragestellungen zur Verfügung gestellt.

Service-Leistung der aktuellen Phase

Service-Leistungen vergangener Phasen

• Bereitstellung von Diversitätsdaten zu Bodenpilzen. Wir haben bereits Listen von Amplikon-Sequenzvarianten (ASVs) oder operationellen taxonomischen Einheiten (OTUs) von Boden- und arbuskulären Mykorrhizapilzen für die Probennahmekampagnen 2011, 2014, 2017, 2021, 2023 in allen EPs in die zentrale Datenbank BExIS eingestellt. Diese Daten wurden in zahlreichen Synthesepublikationen zum Zusammenhang zwischen Landnutzungsintensität, unter- und überirdischer Biodiversität und Multifunktionalität von Ökosystemen verwendet.
• Bereitstellung von DNA-Extrakten aus Bodenproben koordinierter Bodenprobennahmekampagnen (2008-2026) an alle interessierten Teilprojekte.
• Quantifizierung von Schlüsselorganismen mittels quantitativer PCR (qPCR) (2008-2017).
• Bereitstellung von Metagenomdaten von allen 150 Grünlandplots 2023

Core 8-Daten wurden verwendet, um:

• zu analysieren, inwieweit die Unterschiedlichkeit von mikrobiellen Gemeinschaften in Waldböden von der geographischen Distanz (sog. distance-decay) in ganz Deutschland abhängt und inwieweit die mikrobielle Diversität in der Bodenwurzelzone abhängig ist von den Baumarten (Goldmann et al. 2016. Scientific Reports, 6(1), 1-10).
• die raumzeitliche Variabilität von arbuskulären Mykorrhiza in Grünlandflächen aufzudecken (Goldmann et al. 2020. Environmental Microbiology, 22(3), 873-888).
• die raumzeitliche Variabilität nitrifizierender Bodenbakterien und deren Interaktionen zu entschlüsseln (Stempfhuber et al. 2017).
• zu zeigen, dass im Grünland die unterirdische Biodiversität, im Gegensatz zur oberirdischen Biodiversität, positiv mit einer Zunahme der Landnutzungsintensität einhergeht (Goßner et al. 2016. Nature, 540(7632), 266-269).
• zu zeigen, dass für die Multifunktionalität von Ökosystemen Biodiversität auf mehreren Ebenen erforderlich ist (Soliveres et al. 2016. Nature, 536(7617), 456-45) und seltene Arten die Multifunktionalität von Grünland beeinflussen (Soliveres et al. 2016. Nature, 536, 456-459).
• den Anteil aktiver Bodenbakterien zu identifizieren (mittels rRNA/rDNA-Zahlenverhältnissen) und deren Beitrag zur Bodenfunktion zu analysieren (in Vorbereitung).
• Schlüsseltaxa zu identifizieren und charakterisieren durch Netzwerkanalyse (in Vorbereitung).
• Operative Definition von Schlüsseltaxa (Espindola et al. 2026) in Kooperation mit dem EU Projekt Microbe.
• Die Rolle des Bodenviromes zu untersuchen. Es hat sich gezeigt, dass Bakteriophagen wesentlich zur Anpassung von Mikroorganismen beitragen, insbesondere durch horizontalen Gentransfer von Genen des Phosphat- und Kohlenstoffmetabolismus (in Vorbereitung).