Forschungsprojekt BE-Cult Titel: Biodiversität Nitrate

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.