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Titel

Phytoplankton-Mikrobiome: Funktionelle Treiber von Anpassung und polwärts gerichteter Verbreitung

Kurzbeschreibung

Im Südozean (SO) spielen Kieselalgen aufgrund ihrer Primärproduktion eine entscheidende Rolle für das Ökosystem. Ihre Widerstandsfähigkeit ist nicht allein auf genetische Merkmale zurückzuführen, sondern vielmehr auf ihre enge Verbindung und Interaktion mit Bakteriengemeinschaften, die als Kieselalgenmikrobiome bezeichnet werden. Das Kieselalgenmikrobiom erfüllt lebenswichtige Funktionen wie Nährstoffrecycling, Eisengewinnung sowie die Bereitstellung bakterieller Vitamine und anderer wachstumsfördernder Substanzen. Da die Diatomeen-Mikrobiom-Gemeinschaften unter gegebenen Umweltbedingungen recht stabil sind, können ihre Funktionen als biologisches Merkmal oder Eigenschaft betrachtet werden. Eine der wichtigsten Folgen der Erwärmung der Ozeane für Kieselalgen ist eine polwärts gerichtete Verschiebung ihrer Verbreitung. In den verschiedenen SO-Regionen treffen die Diatomeen auf unterschiedliche Umweltbedingungen, von denen viele eine Überlebensherausforderung darstellen. Wir gehen davon aus, dass die funktionelle Differenzierung und Anpassung des Mikrobioms der Algen ein entscheidender Faktor für ihre ökotypische Differenzierung in SO-Regionen ist. In diesem Antrag werden wir die eigenschaftsbasierten Fähigkeiten von Kieselalgen aus der Perspektive des Mikrobioms charakterisieren und das funktionelle Potenzial des Mikrobioms zur Förderung von Bewältigungsstrategien und der Anpassung an neue Umweltbedingungen untersuchen. Durch Kombination unserer Expertise auf dem Gebiet der Interaktionen zwischen Diatomeen und Bakterien, der Dynamik mikrobieller Gemeinschaften, der Genomik sowie der Einzelzell- und Meta-omik wollen wir das Repertoire und die Anpassungsfähigkeit von Diatomeen-Mikrobiomen aufklären. Dazu werden wir metagenom-assemblierte Genome (MAGs) in Kieselalgen aus verschiedenen SO Regionen erstellen. Die Zusammensetzung des Mikrobioms auf einzelnen Kieselalgenzellen per Metabarcoding wird verwendet, um diese Barcodes bakteriellen Genomen zuzuordnen. Dies ermöglicht eine große Stichprobengröße für Metabarcoding-Analysen einzelner Kieselalgenzellen. In Arbeitspaket 1 werden wir konzeptionell prüfen, ob Mikrobiom-Taxa zwischen zwei gemeinsam vorkommenden Kieselalgenarten ausgetauscht werden, und falls ja, welche Taxa welche Funktionen übernehmen. In Arbeitspaket 2 werden wir die intra- und interspezifische funktionelle Variabilität von Diatomeen-Mikrobiomen bestimmen und dabei Erkenntnisse über lokale Anpassungen von Mikrobiom-Taxa und deren potenzieller Pufferkapazität gewinnen. Zusammen werden diese Arbeitspakete uns ermöglichen, die Fähigkeit des Holobioms in Bezug auf seine endemische oder rekrutierte funktionelle Zusammensetzung des Mikrobioms zu bewerten, um die relevanten Lebenseigenschaften für die Bewältigung und das Überleben in verschiedenen SO-Zonen zu erklären.

Start

September 2025

Ende

August 2025

Bewilligungssumme (gesamt)

-

Bewilligungssumme (GEOMAR)

36000

Zuwendungsgeber / Programm

DFG / Infrastructure Priority Programmes

Koordination

Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Germany

Kontakt

David Needham

Partner

Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), Germany
University of Bremen, Germany