Forschungsprojekt Be-cult Titel: Biodiversität Nitrate

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Forschungsprojekt BE-Cult Titel: Biodiversität Nitrate-Reduzierender Mikroben in Grünlandböden erfasst durch Hochdurchsatz-Kultivierung und Genomik Projektleiter: PD Dr. Steffen Kolb, Dr. Andreas Ulrich, Dr. Undine Behrendt Laufzeit: 01.04.2017 – 31.03.2020 Kernthema (ZALF): Landschaftsprozesse Partner extern: Prof. Marcus Horn, LUH - Leibniz Universität Hannover Träger: DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft Zielsetzung: Das Projekt BE-Cult wird sich mit der Biodiversität von nitratammonifizierenden (syn. Dissimilatorische Nitrat-zu-Ammoniumreduzierenden, DNRA) Bakterien in Böden von wenig und intensiv genutzten Grünländern der Biodiversitätsexploratorien (BEs) an allen GrünlandVIPs (very intensively studied plots) beschäftigen. Die Funktion Stickstoff (N) durch DNRABakterien im Boden zu halten, wurde lange Zeit nur wenig wahrgenommen und quantitative Rolle bei der Lachgas-Freisetzung aus Böden nicht untersucht. Aus diesem Grund gibt es umfassende Information zur Biodiversität und Ökophysiologie von denitrifizierenden aber nicht zu DNRA-Boden- Mikroorganismen. Die Konsequenz dieser historischen Entwicklung ist, das heute wenig über die Ökophysiologie und Bedeutung der DNRA Bakterien im NKreislauf terrestrischer Ökosysteme bekannt ist. Im Gegensatz zu den DNRA-Bakterien, bilden Denitrifikanten N-haltige Gase, die substantiell zum N-Verlust in Böden beitragen. Dahingegen reduzieren DNRA Bakterien Nitrat zu Ammonium, das im Boden verbleibt und als wichtiger Pflanzennährstoff dient. Beide Bakteriengruppen bilden das potente Treibhausgas Lachgas und tragen damit zur Globalen Erwärmung bei. Das Hauptanliegen des Projektes BE-Cult ist es den Einfluss der Landnutzungsintensität auf dieser wichtigen Mikroorganismen im N-Kreislauf von Böden zu untersuchen. In einem HochdurchsatzKultivierungs-Ansatz (einschl. MALDI TOF MS für eine schnelle Stammidentifikation und verschiedene Tests zur physiologischen Charakterisierung des Nitrat- Stoffwechsels) werden über 10.000 Reinkulturen charakterisiert und entsprechend ihrer Phylogenie und der NitratPhysiologie gruppiert. Aus dieser Stammsammlung werden 100 Isolate genom-sequenziert. Basierend auf den genomischen Informationen werden PCR-Primer funktioneller Genmarker entwickelt und verbessert um dann die funktionellen Genmarker in DNA-Extrakten der Grünland-VIPs zu quantifizieren. Zusammen mit Partnern in den BEs wird die relative Bedeutung der DNRA-Bakterien (insbesondere ihrer relativen Aktivität im Vergleich zu Denitrifikanten) in Meta-Transkriptom Datensätzen evaluiert. Letztendlich werden die so gewonnen Daten in multivariaten Analysen bestehend aus funktionellen GenmarkerAbundanzen, physiologischen "traits" als auch abiotischen wie biotischen Parametern verwendet um die Verteilungsmuster von DNRA-Bakterien in Böden zu erklären und ihre ökologischen Nischen besser definieren zu können.