Ökophysiologie der ammoniakoxidierenden Archaeen im Torf und ihre Auswirkungen auf die Nitrifikation und das Funktionieren des Ökosystems in Niedermooren

• Antragsteller: Dr. Haitao Wang
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544005677

Ammoniak oxidierende Archaeen (AOA) sind weltweit häufig anzutreffen und spielen eine wichtige Rolle im Stickstoffkreislauf im Boden. Sie sind für die aerobe Ammoniakoxidation, den ersten und ratenbegrenzenden Schritt der Nitrifikation, verantwortlich, insbesondere in sauren Böden. Moore sind wassergesättigte Feuchtgebiete mit einem hohen Gehalt an organischem Kohlenstoff im Boden, die für landwirtschaftliche Zwecke entwässert wurden. Die Wiedervernässung ist ein Versuch, den Kohlenstoffverlust aus den entwässerten Mooren zu verhindern, wodurch jedoch neue Ökosysteme geschaffen werden. Bislang gibt es nur wenige Erkenntnisse über den Stickstoffkreislauf in diesen Mooren. In früheren Studien fanden wir eine reichhaltige und vielfältige AOA-Gemeinschaft in einem Paar entwässerter und wiedervernässter Niedermoore in Norddeutschland. Aus diesen Torfböden konnten wir drei verschiedene AOA anreichern, die alle wichtigen AOA-Stämme abdecken. Bei der Betrachtung ihrer Dynamik im Feld wurden verblüffende Muster beobachtet, da einige von ihnen in der tieferen Torfschicht oder im wiedervernässten Gebiet häufiger vorkamen. Dies steht im Widerspruch zur allgemeinen Erwartung, dass sie für ihren Stoffwechsel aerobere Bedingungen bevorzugen. Dieses Paradoxon könnte durch einen kürzlich erzielten Durchbruch erklärt werden, der zeigte, dass eine bekannte marine AOA unter sauerstoffarmen Bedingungen Sauerstoff für die Ammoniakoxidation produzieren kann. Daher wollen wir diese angereicherten Torf-AOA isolieren und charakterisieren und testen, ob sie in der Lage sind, unter sauerstoffarmen Bedingungen Sauerstoff zu produzieren und so die beobachteten Muster zu erklären. Wir werden auch Co-Kulturen verwenden, um zu testen, ob diese AOA andere nitrifizierende Mikroorganismen unter sauerstoffarmen Bedingungen unterstützen und damit die Nitrifikation vervollständigen. Darüber hinaus werden wir die AOA-Kultur auf frischen Moorböden unter verschiedenen Wasserbedingungen in Mikrokosmen einsetzen, um die aerobe Nitrifikation und ihre Auswirkungen auf die Funktion des Ökosystems in Moorböden als Reaktion auf Sauerstofflimitierung zu ermitteln. Modernste molekulare Techniken, d. h. qPCR, Metagenom-Sequenzierung, Amplikon-Sequenzierung, quantitativer Doppel-RNA-Metatranskriptom-Ansatz, stabile Isotopensignaturen und N2O-Isotomere, werden zur Konstruktion von Genomen und zur Untersuchung der Zusammensetzung und Funktionen des Mikrobioms, der trophischen Interaktionen sowie der N2O-Quellen und -Emissionen eingesetzt. Die vorgeschlagene Forschung wird Aufschluss darüber geben, ob die Sauerstoffproduktion ein gemeinsames Merkmal verschiedener AOA ist, insbesondere solcher aus terrestrischen Ökosystemen. Dies wird zu neuen Erkenntnissen über die Rolle von AOA für das Funktionieren von Ökosystemen beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartnerinnen: Professorin Dr. Christa Schleper; Professorin Dr. Nicole Wrage-Mönnig