Marine heterotrophe Alveolaten: ein genomischer und morphologischer Einzell-Zellen Ansatz

• Antragsteller: Dr. Uwe John
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 351812489

Die meisten eukaryotischen Spezies sind vermutlich mikrobielle Eukaryoten (Protisten), obwohl im Besonderen für sie nur wenige Sequenzen veröffentlicht sind und vergleichsweise wenige Arten taxonomisch erfasst sind. Besonders mikrobielle heterotrophische Eukaryoten sind wenig erfasst, da die meisten Beschreibungen und Nukleinsäure-basierten Untersuchungen auf Kulturen der Organismen zurückzuführen sind und die Kultivierung von heterotrophen deutlich schwerer ist als die von autotrophen Organismen. Neu entwickelte Methoden wie single cell PCR basieren auf einzelnen Zellen und ermöglichen eine Klassifizierung ohne vorherige Kultivierung. Die meisten Arbeiten basieren jedoch immer noch auf bereits publizierte Sequenzen, die meist von kultivierbaren Arten kommen. Unbekannte Arten werden deshalb als schlecht oder gar nicht annotierte Sequenzen unsichtbar. Der Bedarf an intensiver Annotation und korrekter Taxonomie von Heterotrophen wird noch offensichtlicher, wenn man bedenkt, dass Daten für Metatranscriptomics nahezu gar keine Information zu Heterotrophen hat. Diese Arbeit wird sich vor Allem mit marinen heterotrophen Protisten befassen, da diese zeitweise den größten Teil der planktonischen Biomasse ausmachen und Schlüsselpositionen innerhalb des marinen Nahrungsnetzes bekleiden. Um einen guten Einblick in die Biodiversität der heterotrophen Organismen mit ihren jährlichen Veränderungen zu bekommen, werden wir eine drei Feldstudie durchführen. Das Ziel, umfassende Daten zur Ergänzung existierender Datenbanken zu sammeln, wird durch die Entwicklung eines Methodensets erreicht werden, das Mikroskopie, single cell multiplex PCR, single cell transcriptomics und meta-Analysen der gesammelten Feldproben beinhalten wird. Durch single cell PCR und Sequenzierung der ribosomalen DNA (SSU, LSU und ITS) werden wir Sequenzen zur Klassifizierung oder Identifizierung von (kryptischen) Arten ermitteln. Eine höhere Auflösung der Sequenzen wird durch die Modellierung von ITS2-Sekundärstrukturen und compensatory base change-Analysen (CBC) erreicht werden. Lichtmikroskopische Untersuchungen werden dazu genutzt werden, neue und etablierte morphometrische Eigenschaften der verschiedenen Arten zu finden, die mit der Spezieseinteilung durch Sequenzanalysen übereinstimmen. Weiterhin werden durch single cell transcriptomics zusätzliche Marker für Schlüsselspezies entwickelt, um größere Lücken in Metatranscriptomic-Datenbanken zu schließen. Meta-Analysen der abiotischen und biotischen Faktoren der Umwelt werden den Datensatz mit Zusatzinformationen komplettieren. Die gesammelten umfassenden Daten werden nach gründlicher Prüfung und Nomenklatur in vorhandene Datenbanken eingespeist werden. Das neu entwickelte Methodenset wird zukünftige Klassifizierung von Spezies vereinfachen und die gesammelten Daten werden die Datenbanken ergänzen, sodass in zukünftigen Studien eine vollständigere Untersuchung von eukaryotischen Mikroorganismen der Umwelt möglich sein wird.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1991: Taxon-OMICS: Neue Herangehensweisen zur Entdeckung und Benennung von Arten und Biodiversität
• Mitverantwortlich(e): Dr. Sylke Wohlrab