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Im Vergleich zu den Vorgängerprojekten FunWood I-II, die sich weitestgehend mit dem Einfluss von Waldbewirtschaftung auf mikrobielle Diversität im bereits vorhandenem, in Zersetzung  befindlichem Totholz unter Feldbedingungen beschäftigt hat, verlagert sich nunmehr unser Fokus auf eine experimentelle Plattform. Das BELongDead Experiment wurde 2008 unter der Federführung von Prof. Dr. E.D. Schulze (MPI Biogeochemie Jena) initialisiert, mit dem Ziel den Einfluss des umliegenden Habitats auf Totholz und dessen Abbauprozesse zu untersuchen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt hierbei auf der Langzeitbeobachtung der Besiedlung der Totholzstämme durch verschiedenste Organismen.

Es soll untersucht werden, inwiefern I) das umgebende Ökosystem den Totholzabbau beeinflusst, II) wie die Totholzbesiedlung erfolgt und III) wie Mikroorganismen den Totholzabbau steuern und damit Ökosystemprozesse wie z.B. den Nährstoffumsatz beeinflussen. BELongDead ermöglicht uns den Einfluss von Landnutzung in Form von Waldbewirtschaftung  an einem standardisiertem Satz Totholz (12+1 verschiedene Baumarten von gleicher Größe und gleichem Zersetungsbeginn), die gleichmäßig verteilt in 3 Replikaten in  den 3 Exploratorien sind und in jeweils 3×3 verschieden bewirtschafteten Plots, zu untersuchen.

Ziel unseres Projektes ist es, modernste molekularbiologische Methoden mit klassischen Fruchtkörperkartierungen und Sporensammlungen zu kombinieren, um I) Art und Quantität der Holzabbaus und verschieden Waldbewirtschaftungsaspekten zu determinieren, II) Verbreitungs- und Sukzessionsmuster von Pilzen über einen längeren Zeitraum zu beobachten und zu untersuchen, III) Pilzaktivität auf Transkriptom- und Enzymebene zu bestimmen und diese Ergebnisse mit den Prozessdaten verweben, IV) daraus resultierende Veränderungen in  der Holzchemie bestimmen, V) den Einfluss von N-fixierenden Bakterien auf die Diversität von Pilzen bestimmen und vi) letztendlich Schlüsselarten in diesen komplexen Prozessen zu identifizieren.

 

Abbildung: Das Diagramm stellt dar, wie unterschiedlich starke Waldbewirtschaftung den Arten-Pool verändert.
Diagramm des Arbeitsablaufs: Eine unterschiedlich starke Waldbewirtschaftung verändert den Artenpool, z. B. die in den Stämmen vorhandenen Myzelien, Sporocarps auf den Stämmen und Sporen in der Luft. Montageprozesse führen zu unterschiedlichen Mustern des gemeinsamen Vorkommens und der Vielfalt von Arten in/auf den Stämmen, was wiederum den Stoffwechselprozess der Holzzersetzung beeinflusst und letztlich die Qualität und Quantität des Totholzes sowie die Gesamtstruktur des Waldes verändert. Im Laufe der Holzzersetzung wird das C:N-Verhältnis immer ungünstiger, so dass der Stickstoff irgendwoher kommen muss, z. B. von Bakterien, die ebenfalls in den Stämmen vorhanden sind. Dies hängt wiederum mit den Mustern des gemeinsamen Auftretens, der Vielfalt und den Prozessen zusammen.

1. Erhöhte Waldbewirtschaftungsintensität reduziert den Artenpool holzbewohnender Pilze auf Landschafts- und Waldbestandsebene.

2. Intensive Waldbewirtschaftung ist ein Habitatfilter, der bestimmte Arten mit bestimmten Lebensstrategien (z.B. Generalisten) begünstigt.

3. Waldbewirtschaftung entspannt kompetitive Interaktionen zwischen holzbewohnenden Pilzen, was zu höheren Holzzersetzungsraten führt.

4. Holzzersetzungsprozesse sind anhand von Fruchtkörperdatierungen, kombiniert mit molekular erhobenen Daten zu phylogenetischer und funktioneller Diversität sehr gut vorhersagbar.

5. Es gibt beständige mikrobielle N-Fixierung im Totholz, und bestimmte Bakterien treten nicht-zufällig mit bestimmten Pilzen auf.

6. Unter den typischen von Pilzen exprimierten Peroxidasen (Class II Peroxidasen, Hem-Thiolat Peroxidasen) erwarten wir, dass Manganperoxidasen am diversesten und abundantesten von allen lignin-modifizierenden Enzymen sind.

7. Peroxidasen-Transkriptom Diversität erhöht sich mit größerer Diversität von Weißfäulepilzen.

 


Zur Beantwortung unserer Fragestellungen verwenden wir modernste molekularbiologische Techniken auf DNA und RNA-Ebene, darunter auch sog. „Next Generation Sequencing“-Techniken (NGS). Des Weiteren wollen wir die tatsächliche N-Fixierung im Holz nachweisen und die Allokation des N den entsprechenden Beteiligten zuordnen. Hierfür planen wir ein SIP Experiment („stable isotope probing“), zusammen mit NGS Metagenomik, real-time PCR und Bioanalytik (Acetylen-Reduktions-Tests, Massenspektrographie).

Neben intensiven Fruchtkörperkartierungen werden ebenfalls Sporenkollektoren installiert, um luftsrömungsbasierte Verbreitungsmuster zu identifizieren, und zum anderen vergleichen zu können, welche Pilze potentiell vorkommen (species pool), und welche bereits im Totholz angesiedelt sind.


Doc
Genomsequenzierung von Truncatella angustata (Anamorph) S358
Kellner H., Friedrich S., Schmidtke K.-U., Ullrich R., Kiebist J., Zänder D., Hofrichter M., Scheibner K. (2022): Draft genome sequence of Truncatella angustata (Anamorph) S358. Microbiology Resource Announcements 11 (7), e00052-22. doi: 10.1128/mra.00052-22
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Entflechtung der Bedeutung von Raum und Wirtsbaum für die Beta-Diversität von Käfern, Pilzen und Bakterien: Lehren aus einem großen Totholzexperiment
Rieker D., Krah F.-S., Gossner M. M., Uhl B., Ambarli D., Baber K., Buscot F., Hofrichter M., Hoppe B., Kahl T., Kellner H., Moll J., Purahong W., Seibold S., Weisser W. W., Bässler C. (2022): Disentangling the importance of space and host tree for the beta-diversity of beetles, fungi, and bacteria: Lessons from a large dead-wood experiment. Conservation Biology 268, 109521. doi: 10.1016/j.biocon.2022.109521
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Hofrichter M., Kellner H., Herzog R., Karich A., Kiebist J., Scheibner K., Ullrich R. (2022): Peroxide-Mediated Oxygenation of Organic Compounds by Fungal Peroxygenases. Antioxidants 11 (1), 163. doi: 10.3390/antiox11010163
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Moll J., Roy F., Bässler C., Heilmann-Clausen J., Hofrichter M., Kellner H., Krabel D., Schmidt J. H., Buscot F., Hoppe B. (2021): First evidence that nematode communities in deadwood are related to tree species identity and to co-occurring fungi and prokaryotes. Microorganisms 9 (7), 1454. doi: 10.3390/microorganisms9071454
Mehr Informationen:  doi.org

Projekt in anderen Förderperioden

Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen

Prof. Dr. Claus Bässler
Projektleiter
Prof. Dr. Claus Bässler
Goethe-Universität Frankfurt am Main
Prof. Dr. Francois Buscot
Projektleiter
Prof. Dr. Francois Buscot
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
Prof. Dr. Martin Hofrichter
Projektleiter
Prof. Dr. Martin Hofrichter
TU Dresden, Internationales Hochschulinstitut Zittau
Dr. Björn Hoppe
Projektleiter
Dr. Björn Hoppe
Julius Kühn-Institut
Dr. Harald Kellner
Projektleiter
Dr. Harald Kellner
TU Dresden, Internationales Hochschulinstitut Zittau
Dr. Julia Moll
Mitarbeiterin
Dr. Julia Moll
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
Sabrina Leonhardt
Mitarbeiterin
Sabrina Leonhardt
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