EcoEnergeticS 2

Zellökonomische und bioenergetische Implikationen mikrobieller Kooperation in Böden

01.01.2025 bis 31.01.2028

Das Bodenmikrobiom ist zentral für den Bodenkohlenstoffkreislauf. Seine energetische und Substratnutzungseffizienz hat daher großen Einfluss von Bodengesundheit bis hin zum globalen Klima. Die hohe Diversität und das nahezu unbegrenzten Kooperationspotential der Bodenmikroorganismen stellen eine Herausforderung für die Charakterisierung des Mikrobiomes und seiner Kohlenstoff- und Energienutzungseffizienz (CUE und EUE). Diese Projekt untersucht die zunehmend in den Fokus rückenden kooperative Interaktionen, im speziellen Metabolitaustausch (ein Mikroorganismus konsumiert das metabole Produkt eines anderen) und gemeinsame Nutzung extrazellulärer Enzyme (ein Mikroorganismus profitiert vom monomeren Produkt des Exoenzymes eines anderen Mikroorganismus).
Wir postulieren, dass a) Metabolitaustausch die CUE und EUE erhöht, da nur ein reduziertes Spektrum intrazellulärer Enzyme für den Metabolismus benötigt wird und eine verbesserte Spezialisierung auf bestimmte Stoffwechselwege erfolgen kann, und dass b) die gemeinsame Enzymnutzung ebenso CUE und EUE erhöht, da weniger ähnliche Isoenzyme produziert werden und stattdessen hocheffiziente Enzyme den Substratabbau dominieren.
WP 1 trennt mittels tiefer Metagenom- und Transkriptomsequenzierung die beiden Kooperationsmechanismen, während WP2 dann kontrastierende Böden in Bezug auf diese inkubiert um den Zusammenhang zwischen CUE, EUE und der Substratnutzungseffizienz (SUE) zu eruieren. WP3 nutzt metabole Flussmodellierung und DNA und RNA Stabilisotopenmarkierung (SIP) um die zugrundeliegenden Mechanismen zu verifizieren. In WP4 wird die Koaleszenz mikrobieller Gemeinschaften eingesetzt um herauszufinden ob die Merkmalsvielfalt oder die kooperativen Interaktionen maßgeblich für hohe Nutzungseffizienzen verantwortlich sind. WP5 schließt sich dem Zentralexperiment zu funktioneller Komplexität an und bestimmt CUE,das metabole Netzwerk und die mikrobiellen Interaktionen um den Einfluss der Komplexität von Gemeinschaften und von ökologischen Störungen auf Nutzungseffizienzen zu ermitteln.
Damit wird das Projekt neue und dringend erforderliche Erkenntnisse bezüglich mikrobieller Interaktionen und dem Kohlenstoffkreislauf liefern. Es wird einen fokusierten, ökologisch-integrativen Beitrag zum SPP „Soil Systems“ leisten, welcher in seiner ökologischen Relevanz aber auch über das reine Bodenökosystem hinaus geht.