Mikrobielle Kontrollen des Kohlenstoff-Umsatzes in Niedermooren (MicroFen)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Tjorven Hinzke; Dr. Bruno Hüttel; Professor Dr. Klaus-Holger Knorr
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 522593772

Moore sind global wichtige Kohlenstoff (C)-Senken. Der C-Speicher Torf wird gebildet, wenn mehr organisches Material auf- als durch Mikroorganismen abgebaut wird. Trotz dieser zentralen Rolle des Torf-Mikrobioms im Moor-C-Kreislauf ist jedoch nur wenig bekannt über mikrobielle Schlüsselfunktionen im Biomasseumsatz, und wie diese mit Umweltbedingungen zusammenhängen. Dies gilt insbesondere in Grund- und Oberflächenwasser-gespeisten Niedermooren, und angesichts massiver anthropogener Umweltveränderungen, vor allem des Klimawandels. Daher wollen wir untersuchen, wie das aktive Torf-Mikrobiom Biomasseumsätze in Niedermooren kontrolliert. Unser Fokus liegt auf Interaktionen zwischen Mikrobiom-Funktionen, Substrat, und terminalen Elektronenakzeptoren. Wir nehmen an, dass die einzigartigen Bedingungen in Mooren, die Eigenschaften aquatischer und terrestrischer Habitate verbinden, zu einer ebenso einzigartigen Mischung mikrobieller Generalisten und Spezialisten führen. Dies wiederum bedingt einen Flaschenhals-Effekt im Substratabbau – durch die vergleichsweise geringen Substratumsatzraten akkumuliert organisches Material. Dieser Flaschenhals-Effekt verringert sich mit trockeneren (terrestrischeren) Bedingungen. Um diese Hypothese zu testen, werden wir taxonomische und funktionelle Daten des Torf-Mikrobioms aus Mikrokosmen-Experimenten integrieren. Wir werden mikrobielle Schlüsselsignaturen identifizieren und damit unsere Ergebnisse auf Feldbedingungen übertragen. Dazu inkubieren wir Niedermoor-Torf mit Substraten unterschiedlicher Qualität unter verschiedenen Sauerstoff-Regimes (oxisch, anoxisch, oxisch-anoxisch). Basierend auf Messungen mikrobieller Respirationsaktivität über Treibhausgas-Produktion, sowie Elektron-Donor und -Akzeptor-Kapazitäten, führen wir weitere detaillierte Analysen durch. C-Budgets und Torf-Strukturanalysen geben Aufschluss, ob labiles Substrat zu Torfabbau führt. Wir vergleichen Mikrobiom-Daten unter unterschiedlichen Bedingungen – Amplikon-, sowie detaillierte Metatranscriptomics- und -proteomics-Daten, kombiniert mit Enzymassays – und identifizieren damit mikrobielle Schlüsselsignaturen. Zudem bilden Metatranscriptomics und -genomics mittels der erzeugten umfassenden Proteindatenbank die Basis für Metaproteomics. Über Inkubationen mit 13C-markiertem Substrat, kombiniert mit Metaproteomics-Analysen, verfolgen wir den C-Fluss durch die mikrobielle Gemeinschaft, und ermöglichen damit Detaileinsichten in Schlüsselorganismen unter verschiedenen Bedingungen. Über die identifizierten Schlüsselsignaturen vergleichen wir unsere Laborergebnisse mit Feldbedingungen, indem wir frischen Torf aus Mooren mit unterschiedlicher Vegetation und aus unterschiedlichen Tiefen analysieren. Unsere Studie wird wertvolle Einsichten zu Schlüsselorganismen und -Interaktionen zwischen Niedermoor-Mikrobiomen und Umweltbedingungen liefern sowie dazu, wie diese C-Flüsse beeinflussen, vor allem angesichts verstärkter Dürre-Nässe-Zyklen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen