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Projekt
Regulation, Ökophysiologie und kinetische Parameter unkultivierter, N-Gas-Fluss assoziierter, anaerober mikrobieller Gemeinschaften in landwirtschaftlich genutzten Böden: Hin zu einer räumlichen Auflösung im Mikroskala-Bereich
Antragsteller
Professor Dr. Marcus A. Horn
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung von 2016 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270261188
Denitrifizierer (reduzieren N-Oxide zu N2O und/ oder N2), nicht-denitrifizierende N2O-Reduzierer (reduzieren N2O zu N2) und dissimilatorische Nitratreduzierer (DNRA; reduzieren N-Oxide zu NH4+) beeinflussen die Emission des Treibhausgases N2O genauso wie die Stickstoffretention und Pflanzenernährung. N2O-Reduzierer und DNRA stehen mit Denitrifizierern im Wettbewerb. Ökophysiologische Eigenschaften bestimmen ihre Wettbewerbsfähigkeit und Fähigkeit zur N-Gasproduktion, sind jedoch im Wesentlichen für unkultivierte Taxa unbekannt. Daher werden folgende Hypothesen untersucht: (i) Die Denitrifikationsantwort auf Umweltfaktoren wird durch gegensätzliche mikrobielle Gemeinschaften, einschließlich bislang unbekannter Arten, bestimmt und kann durch deren intrinsische ökophysiologische Eigenschaften erklärt werden. (ii) Denitrifikations , N2O-Reduktions und DNRA-assoziierte Genexpression und Gemeinschaftsstruktur spiegeln metabolische Zustände und Potenziale wider, welche zu einer besseren Vorhersagbarkeit von N2O und N2 Flüssen führen. Ergebnisse aus Phase I wurden in zwei Publikationen und drei bereits eingereichten Manuskripten bzw. Entwürfen zusammengefasst (anbei). Hochdurchsatzinkubationen unter verschiedensten Bedingungen (z. T. mit 15N-Tracern) kombiniert mit funktioneller Genexpression, sowie Gen- und Transkript-basiertem „Next-Generation-Sequencing“ werden eingesetzt um apparente Michaelis-Menten-Kinetiken und physiologische Parameter stimulierter Taxa zu bestimmen. Funktionelle Gene von typischen Denitrifizierern (nirK/S kodierend für NO-bildende Nitritreduktasen; nosZI/II kodierend für N2-bildende N2O-Reduktasen) und DNRA (nrfA kodierend für NH4+-bildende Nitritreduktasen) werden bevorzugt analysiert. Reaktionsmuster der Zielgemeinschaften und/ oder funktionellen Genexpression auf definierte Umweltparameter werden in Mikrokosmen bestimmt. Der Schwerpunkt von Phase II liegt auf der Untersuchung des Effektes von pH, Temperatur, Pflanzenwurzeln und organischem Kohlenstoff auf die Reaktionsmuster der Zielgruppen. Aktive, Wurzelexsudat-nutzende Zielorganismen werden mit Hilfe der RNA- und DNA- basierten stabilen Isotopenbeprobung identifiziert. Der Effekt von Kontrollfaktoren auf die Zielgemeinschaften wird in Mesokosmen und Feldstudien analysiert, die als zentrale Experimente durchgeführt werden. Die räumliche Verteilung der Zielgruppen wird ebenso untersucht. Die Daten werden in der Entwicklung eines erweiterten „Denitrifier-Regulatory-Phenotype“-Konzeptes zusammengeführt und werden Einblicke in die Ökophysiologie und Wettbewerbsfähigkeit der Zielgruppen unter vielfältigen Bedingungen geben. Ein molekularer „Proxy“ für N2O/N2-Verhältnisse basierend auf der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur von Denitrifizierern, DNRA, und N2O-Reduzierern soll entwickelt werden. Vielfältige kinetische Parameter, Antwortfunktionen, und mikrobielle Gemeinschaftsstrukturdaten werden für die Modellierung von Denitrifikation und N-Gasflüssen zur Verfügung gestellt.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
