BELongDead - Pilzliche Funktionelle Diversität - Halle/Zittau/Grafenau II, Strukturelle und funktionelle Diversität von Pilzen und Bakterien im Totholz

 

Projektphase 2017-2020

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Martin Hofrichter

Dr. Harald Kellner

Sabrina Leonhardt

(TU Dresden – IHI Zittau)

Prof. Dr. Francois Buscot

Dr. Julia Moll

(Helmholtz Zentrum für Umweltforschung- UFZ, Halle)

Prof. Dr. Claus Bässler

(Goethe-Universität Frankfurt a.M.)

Aleksandar Zarkov

(Nationalpark Bayrischer Wald, Grafenau)

Dr. Björn Hoppe

(Julius Kühn-Institut, Braunschweig)

Zielstellung

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 (13 verschiedene Baumarten von gleicher Größe und gleichem Zersetungsbeginn), die gleichmäßig verteilt in 3 Replikaten in  den 3 Exploratorien sind und in jeweils 3x3 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 zu korrelieren, IV) daraus resultierende Veränderungen in  der Holzchemie zu bestimmen, V) den Einfluss funktional unterschiedlicher Bakterien auf die Diversität von Pilzen zu bestimmen und  VI) letztendlich Schlüsselarten in diesen komplexen Prozessen zu identifizieren.

 

Zentrale Hypothesen

Mittlerweile erreicht das Experiment mittlere Zersetzungsgrade bei unterschiedlichen Baumarten. Es wurden folgende zentrale Hypothesen abgeleitet:

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 sehr hohe Bakteriendiversitäten und bestimmte Bakterien treten nicht-zufällig mit bestimmten Pilzen auf. 

6. Weißfäulepilze sind die relevantesten Pilze im Totholzabbau und nutzen vornehmlich Manganperoxidasen, um Lignin abzubauen und die Bioverfügbarkeit von Elementen zu erhöhen.

 

Methoden

Zur Beantwortung unserer Fragestellungen verwenden wir modernste molekularbiologische Techniken auf DNA und RNA-Ebene, darunter auch sog. „Next Generation Sequencing“-Techniken (NGS). Holzchemische Parameter und Enzyme werden ebenfalls mit aktuellen Methoden ermittelt. Neben intensiven Fruchtkörperkartierungen werden Sporenkollektoren installiert, um luftströmungsbasierte Verbreitungsmuster zu identifizieren, und zum anderen vergleichen zu können, welche Pilze potentiell vorkommen (species pool), und welche bereits im Totholz angesiedelt sind.

BELongDead - Pilzliche Funktionelle Diversität - Halle/Zittau/Grafenau Strukturelle Diversität von Pilzen und Bakterien im Totholz und die Expression von holzabbaurelevanten Genen

 

Projektphase 2014 - 2017

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Martin Hofrichter

Dr. Harald Kellner

Sabrina Leonhardt

(TU Dresden – IHI Zittau)

Prof. Dr. Francois Buscot

Dr. Björn Hoppe

Julia Moll

(Helmholtz Zentrum für Umweltforschung- UFZ, Halle)

Dr. Claus Bässler

(Nationalpark Bayrischer Wald)

Zielstellung

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 3x3 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.

 

Zentrale Hypothesen


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.

 

Methoden

 
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.

 

Vergangene Projektbeteiligung von Prof. Dr. Martin Hofrichter, Dr. Harald Kellner: Funwood II, FuPerS

Vergangene Projektbeteiligung von Dr. Björn  Hoppe: Funwood I-II

 

Nach oben