Entdeckung der Collembola-Biodiversität auf Graslandflächen mittels neuer genomischer und metagenomischer Methoden
Springschwänze (Collembola) sind allgegenwärtige Organismen innerhalb der Bodenfauna. Hunderttausenden von Individuen können auf einem einzigen Quadratmeter Boden vorkommen. Während sie in vielen Bodenprozessen eine wichtige Rolle spielen, ist nur sehr wenig über ihre grundlegende Ökologie und Naturgeschichte sowie den Einfluss globaler Umweltveränderungen auf Collembolagemeinschaften bekannt. Dies liegt an den Herausforderungen ihrer Bestimmung mit herkömmlichen morphologischen Methoden, die eine sehr sorgfältige Handhabung der zahlreichen winzigen Individuen und die Unterscheidung dieser über mikroskopisch feine Merkmale erfordern (Abb. 1). Im BE-Spring-Projekt wollen wir diese Aufgabe durch DNA-basierte Ansätze erleichtern und die zukünftige Identifizierung und Studie von Collembola auch für Nichtfachleute zugänglicher machen.
Wir werden eine umfassende Genomdatenbank (Springtail Genome Reference Database, SGRD) der am häufigsten im Boden vorkommenden Springschwanzarten in Graslandökosystemen Deutschlands erstellen. Die häufigsten Arten der 150 BE-Graslandplots werden wir bestimmen und deren Genome sequenzieren. Diese Daten werden mit bereits sequenzierten Genomen und erhobenen Merkmalen aus dem MetaInvert-Projekt (Abb. 2) ergänzt. Belegexemplare werden in der Abteilung für Bodenzoologie des Senckenberg Museum für Naturkunde (Görlitz, Deutschland) hinterlegt. Die SGRD wird eine wichtige Ressource für die molekulare Identifizierung von Springschwänzen darstellen und die Erforschung ihrer Gemeinschaften sowie deren Reaktion auf Umweltfaktoren und anthropogene Einflüsse Unterstützung ermöglichen (Abb. 3).
In einer Reihe statistischer Analysen mittels der Daten von BE-Spring und anderen Exploratorienprojekten werden wir außerdem Folgendes untersuchen:
- Die Treiber der Artenzahlen von Collembola
- Die Auswirkungen von Umweltfaktoren auf die Verteilung der funktionellen Merkmale von Collembolagemeinschaften
- Wie Collembolagemeinschaften mit anderen Aspekten des Grünlandökosystems zusammenhängen, z. B. Pflanzenmerkmale und Vielfalt von Pilzen
Abb. 2. Genome von Bodenwirbellosen, die bereits für die metagenomische Identifizierung aus dem TBG MetaInvert-Projekt verfügbar sind. Diese bereits vorhandenen Genome werden zusammen mit den BE-Spring Genomen aus den 150 BE-Graslandplotz genutzt, um die Springschwanz-Genomreferenzdatenbank (SGRD) zu erstellen. Diese Datenbank wird als Ressource zur molekularen Identifizierung der mitteleuropäischen Springschwanzfauna dienen. Das TBG MetaInvert-Projekt ist Teil des LOEWE-Zentrums für translationale Biodiversitätsgenomik, das vom hessischen Ministerium für Hochschulbildung, Forschung und Kunst unterstützt wird.
Abb. 3. Visuelle Darstellung des BE-Spring-Workflows
Die Ergebnisse von BE-Spring werden mit denen von RESOILIENCE verglichen, einem weiteren Exploratorienprojekt, welches wirbellose Graslandgemeinschaften untersucht.
Unser Ziel ist es, tieferliegende Erkenntnisse über die Prozesse von Gemeinschaftszusammen-setzungen und über die grundlegende Ökologie und Naturgeschichte von Collembolaspezies zu erlangen, sowie über ihre Rolle in der Funktion von Graslandökosystemen.
Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen
