Das Projekt "Zusammenhang von aquatischen Pilzen und ihrer Ökosystemfunktion (MycoLink)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V., Institut für Landschaftsbiogeochemie durchgeführt. Fungi play a critical role in the functioning of aquatic ecosystems, particularly in the biogeochemical processing of organic carbon. Because of current changes to the global carbon budget, the understanding of functional diversity of aquatic fungi is of paramount importance. They remain largely unknown and their study requires novel methods and interdisciplinary concepts. We propose a multi-disciplinary approach that combines the development of new genetic techniques with experiments in laboratory cultures and natural ecosystems. Based on their expertise and the available infrastructure, the participants persue the long-term goal of establishing a Leibniz Initiative for Aquatic Mycology.
In the first tier risk assessment (RA) of pesticides, risk for aquatic communities is estimated by using results from standard laboratory tests with algae, daphnids and fish for single pesticides such as herbicides, fungicides, and insecticides. However, fungi as key organisms for nutrient cycling in ecosystems as well as multiple pesticide applications are not considered in the RA. In this study, the effects of multiple low pesticide pulses using regulatory acceptable concentrations (RACs) on the dynamics of non-target aquatic fungi were investigated in a study using pond mesocosm. For that, fungi colonizing black alder (Alnus glutinosa) leaves were exposed to multiple, low pulses of 11 different pesticides over a period of 60 days using a real farmer's pesticide application protocol for apple cropping. Four pond mesocosms served as treatments and 4 as controls. The composition of fungal communities colonizing the litter material was analyzed using a molecular fingerprinting approach based on the terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (t-RFLP) of the fungal Internal Transcribed Spacer (ITS) region of the ribonucleic acid (RNA) gene(s). Our data indicated a clear fluctuation of fungal communities based on the degree of leaf litter degradation. However significant effects of the applied spraying sequence were not observed. Consequently also degradation rates of the litter material were not affected by the treatments. Our results indicate that the nutrient rich environment of the leaf litter material gave fungal communities the possibility to express genes that induce tolerance against the applied pesticides. Thus our data may not be transferred to other fresh water habitats with lower nutrient availability. Quelle: http://www.sciencedirect.com
Das Projekt "Aquatische Pilze unter Schwermetalle- und Organika-Belastung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Fachbereich Biochemie,Biotechnologie, Institut für Biochemie durchgeführt. Pilze bestimmen neben Bakterien wesentlich das ökologische Leistungspotenzial im Lebensraum. Aquatische Hyphomyceten als wichtige Glieder der Nahrungsketten in Wässern wurden erstmals aus hoch schwermetallbelasteten Oberflächenwässern des ehemaligen Kupferschiefer-Bergbaugebietes Mansfelder Land beschrieben (UFZ, AG Grundwasser-Mikrobiologie, Leipzig-Halle, Dr. Schlosser und Dr. Krauß). Die dort vorhandene Sammlung von Isolaten ist die Grundlage gemeinsamer Untersuchungen zu biochemischen Toleranzmechanismen dieser komplex angepassten Organismen (weitere Kooperation: Prof. Bärlocher, Dr. J. Ehrmann, Mount-Allsion-University, Sackville, Kanada). Zwei Heliscus lugdunensis-Stämme, isoliert aus einem hoch belasteten und einem moderat belasteten Standort, zeigen deutlich unterschiedliche physiologisch-biochemische Merkmale unter Cd-Exposition (Schwermetallbiosorption und -akkumulation, Enzyme mit Relevanz zum zellulären Redox-Status, Gehalt an GSH und seiner Präkursoren). Der Gehalt an Glutathion, einem multifunktionellen Metaboliten mit zentraler Bedeutung für die Bewältigung von Umweltstress, ist erhöht. Phytochelatin (PC 2) wird in unterschiedlichem Maße induziert. Die Bereitstellung von Sulfat für die Pilz-Zellen ist offensichtlich essenziell. Experimentelle Schlussfolgerungen sind aus der Zunahme des zellulären Sulfid-Pools zu ziehen. Diese physiologisch-biochemischen Merkmale, zusammen mit deutlichen Unterschieden in der Morphologie der Konidiosporen, deuten darauf hin, dass beide Stämme unterschiedliche Ökotypen repräsentieren. Ein schwermetalltoleranter Heliscus lugdunensis-Stamm zeigt die Angebote an 1-Naphthol einen ausgeprägten Phase-II-Fremdstoffmetabolismus, mit 1-Methoxynaohthalen und 1-Naphthylsulfat als Biotransformationsprodukte. UDP-Glucuronyltransferase (mikrosomal)und UDP-Glucosyltransferase (cytosolisch) wurden charakterisiert (Kooperation: Dr. K. Grancharov, Prof. Golovinsky, Bulgarische Akademie der Wissenschaften, Institut für Molekularbiologie, Sofia). Ziel der Untersuchungen sind Einblicke in physiologisch-biochemische Anpassungsstrategien an Schwermetalle im Schwefel- und Glutathion-Metabolismus aquatischer Hyphomyceten.
Das Projekt "Untersuchung und Quatifizierung des mikrobiellen Abbaus von allochthonem organischen Material durch 'Priming' (MicroPrime)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei durchgeführt. Das Hauptziel dieses Forschungsprojektes ist es, zukünftige Veränderungen im aquatischen Kohlenstoffkreislaufdurch mikrobielle Mechanismen zu charakterisieren, wobei der Priming-Effekt im Vordergrund steht, da er wenig in aquatischen Systemen untersucht ist. In Abhängigkeit der Umweltbedingungen kann Priming den mikrobiellen C-Kreislauf stimulieren oder inhibieren. Daher wollen wir zukünftige Veränderungen in der Rolle von Priming mittels Komponenten-spezifischer Isotopenanalyse (13C/12C von mikrobiellen Phospholipid-Fettsäuren (PFLA)) im Labor und Feld untersuchen. Dafür wollen wir geeignete Protokolle entwickeln, die PFLA Analyse mit molekularen Methoden, z.B. stabile isotope probing -vor allem von Bakterien und Pilzen- miteinander verbinden. Das Ziel ist es, den Einfluss von terrestrischen OC Einträgen auf Priming Effekte zu untersuchen und daher Veränderungen der aquatisch-terrestrischen Kopplung sowie die Rolle globaler Veränderungen für den aquatischen Kohlenstoffkreislauf zu beleuchten. Nach unserem Wissen wird dies die erste Studie sein, die den metabolischen Transfer von labilen und refraktären 13C-markierten OC Pools in einem Ansatz untersucht und es damit ermöglicht, die zugrunde liegenden mikrobiellen Mechanismen des Primings in aquatischen Systemen zu untersuchen. Beide C Pools werden mit unterschiedlicher Pulsierung und Nährstoffkonzentrationen zugegeben, um Effekte der Verfügbarkeit von labilem OM auf Abbauprozesse des refraktären OM zu untersuchen. In der ersten Phase wollen wir Laborexperimente mit definierten Mikroorganismen, deren Fähigkeiten bestimmte Substrate abzubauen bekannt sind, durchführen. Dies erlaubt gezielte Studien zu grundlegenden Mechanismen und Interaktionen von Organismen sowie deren Bedeutung für den OM Abbau. Ein besonderes Augenmerk soll auf die Rolle von aquatischen Pilzen für den Mineralisationsprozess gelegt werden. Zuerst wollen wir die grundlegenden Prozesse des Primings und Synergien zwischen Bakterien und Pilzen untersuchen, um zu quantifizieren, welche OM Pools (labil vs. refraktär) respiriert oder in die mikrobielle Biomasse eingebaut werden. In der zweiten Phase soll die Rolle der charakterisierten Prozesse sowie Interaktionen für den OM-Umsatz für natürliche, komplexe Mikrobengemeinschaften bei unterschiedlichen C-Zugabe Regimes (Simulierung des zukünftigen Anstiegs des C-Eintrages) und unterschiedlicher Nährstoffkonzentrationen (elemental stoichiometry) untersucht werden. In einer dritten Phase sollen diese Studien auf das Freiland mit einer sehr viel höheren Komplexität übertragen werden. Dafür sollen Mesokosmosversuche (http://seelabor.de) durchgeführt werden, wobei vor allem Partikelfluss und Gasflüsse als Ökosystemfunktionen im Vordergrund stehen sollen. Unser modularer Ansatz erlaubt es uns, die Rolle des Priming im C-Kreislauf in der Wassersäule und an aquatisch-terrestrischen Grenzzonen zu quantifizieren und damit die Abschätzung der C-Budgets aquatischer Systeme zu verbessern.
Fungi are key players in the decomposition of leaves in freshwaters. This functional role is maintained by a specifically adapted fungal community. To assess the quantitative contribution of single fungal species to the process, it is essential to determine their abundance. Quantitative real-time PCR (qPCR) is the prevalent method for this purpose, because it detects individual species of aquatic fungi in samples composed of multiple species. Quantitative PCR reactions are an extension of the traditional PCR method, which facilitates measuring the exponential amplification of a specific gene region via the emission of fluorescence signals in real time. This chapter describes how to design and validate a qPCR assay for fungal litter decomposers. The method uses a taxon-specific Taqman® probe labelled with a fluorescent reporter which hybridizes between two PCR primers. Due to the 5'-3'-exonuclease activity of DNA polymerase during PCR, the reporter dye is released and the emitted fluorescence is measured at 465-510 nm. Monitoring fungal taxa by qPCR assays opens excellent opportunities to gain new insights in microbial community ecology and ecosystem processes such as litter decomposition that are driven by fungi. © Springer Nature Switzerland AG 2020
Das Projekt "Ökologie und Evolution von dunklen Materiepilzen in aquatischen Biofilmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, TUM School of Engineering and Design, Institut für Wasser und Umwelt, Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. In der aquatischen Umwelt zeigen Pilze starke Interaktionen zu einer Vielzahl anderer Organismen, darunter Algen, Metazoen und Bakterien, die die pilzliche Diversifizierung vorangetrieben haben. Die Pilzevolution begann frühzeitlich in der aquatischen Umwelt. Die Verbindungen mit anderen Organismen führten zu vielen biotrophen Lebensweisen und einer großen phylogenetischen Vielfalt. Es ist wahrscheinlich, dass die frühen Wasserpilze bereits die funktionellen Merkmale ausbildeten, die zum Erfolg des Pilzreichs, als eine der vielfältigsten Organismengruppen der Erde, geführt hat. Trotz der recht umfangreichen Studien, die die Komplexität der aquatischen Mikrobiome untersuchen, sind weder die große phylogenetische Vielfalt der aquatischen Pilze noch die Wechselwirkungen der aquatischen Pilze mit anderen Organismen gut beschrieben. Dieses Paradoxon ist das Resultat von zu wenigen Studien, die aquatische Mikrobiome ganzheitlich untersuchen, und ist zudem auch der Tatsache geschuldet, dass die aquatischen Pilze nicht als solche erkannt werden. Wasserpilze erscheinen oft als unbekannte genetische Elemente ohne erkennbare Übereinstimmung mit unseren Datenbanken. Das veranlasste uns dazu, den Begriff Dunkle Materiepilze (DMP) zu etablieren, um die Unbekanntheit der frühen divergierenden Pilzlinien in der aquatischen Umwelt hervorzuheben. Einer der vielversprechendsten aquatischen Lebensräume zur Untersuchung von DMP und deren Wechselwirkungen mit anderen Organismen im kleinen Maßstab ist der aquatische Biofilm. Insbesondere heterotrophe Biofilme können einen hohen Anteil an DMP aufweisen, was die Aufklärung von DMP-Interaktionen und ökologischen Funktionen erleichtert. Es ist völlig unklar, welche organismischen Wechselwirkungen die Determinanten für die DMP in Biofilmen sind und inwieweit DMP die Biofilmstruktur beeinflussen. Das Verständnis der Ökologie und der Evolution von DMP bleibt aufgrund der Komplexität der natürlichen Gemeinschaften eine Herausforderung. Aufgrund der neuen methodischen Entwicklungen ist es nun jedoch möglich, durch Manipulationsexperimente an natürlichen sowie an Modell-Biofilmgemeinschaften eine konzeptionelle Sicht auf die DMP-Ökologie und -Evolution aufzubauen. Das Ziel der vorgeschlagenen Emmy Noether-Forschungsgruppe ist es, die grundlegende Ökologie und Evolution der aquatischen DMP zu verstehen. Durch die Kombination von Mikrodissektion, Hochdurchsatz-Kultivierung und molekularer Sequenzierung der nächsten Generation, werden wir herausfinden, wie und welche Pilz-Interaktionen mit Mikroben die gesamte Struktur und Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft beeinflussen. Wir werden auch umfangreiche DMP-Barcode- und Genomdaten generieren, die als Schlüsselressourcen für das Erstellen einer robusten frühen Pilzphylogenie dienen werden, und es uns ermöglicht, die frühe Pilzevolution auf der Grundlage von Phylogenomik und biotrophen Interaktionen zu diskutieren.
Im Rahmen des Spritzfolgeprojektes 2015 wurden am Umweltbundesamt (UBA) Effekte auf die aquatischePilzgemeinschaft untersucht. Dazu wurden am Leibniz-Institut Deutsche Sammlung von Mikroorganismenund Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig) Erlenblattscheiben (Alnus glutinosa) mit demubiquitären Pilz Cladosporium ramotenellum sowie den aquatischen Hyphomyceten Tetracladiummarchalianum und Neonectria lugdunensis beimpft. Beimpfte und unbeimpfte Blattscheiben wurden inden Hallen Fließgewässermesokosmen am UBA-Versuchsfeld in Berlin Marienfelde von April bis Juliexponiert. Während der Exposition wurden die Blattscheiben gegenüber einer realistischen Spritzfolgevon 9 Fungiziden, 4 Insektiziden und 4 Herbiziden in "Regulatorisch akzeptablen Konzentrationen"(RAK) ausgesetzt und zu 7 Terminen beprobt. Parallele Probenahmen beimpfter Blattscheiben an derDSMZ wurden zum Vergleich der nicht exponierten Pilze unter Laborbedingungen mitgeführt. Zieledes Projektes waren a) Blattscheiben mit den drei Arten aquatischer Pilze zu beimpfen b) TaxonspezifischeqPCR Assays für diese drei Arten zu entwickeln und zu evaluieren c) zu testen ob die Anwendungvon taxonspezifischen qPCR Assays sich eignet, um Abundanzen aquatischer Pilze unter realistischenExpositionsbedingungen nachzuweisen.Die Wiederfindung der Zielpilze mit den neu entwickelten taxonspezifischen qPCR Assays war in denLaborproben höher als in den Mesokosmenproben. Die Abundanzen der Zielpilze waren zwischenKontroll-und Pestizid-Behandlungsrinnen nicht signifikant unterschiedlich. Die qPCR Ergebnisseergaben außerdem, dass N. lugdunensis sich vor C. ramotenellum bei der Besiedelung der Blattscheibendurchgesetzt hat. T. marchalianum wurde nur in den Laborkontrollen und frühen Kontrollrinnenproebenwieder gefunden.<BR>Quelle: Forschungsbericht
Im Rahmen des Spritzfolgeprojektes 2015 wurden am Umweltbundesamt (UBA) Effekte auf die aquatischePilzgemeinschaft untersucht. Dazu wurden am Leibniz-Institut Deutsche Sammlung von Mikroorganismenund Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig) Erlenblattscheiben (Alnus glutinosa) mit demubiquitären Pilz Cladosporium ramotenellum sowie den aquatischen Hyphomyceten Tetracladiummarchalianum und Neonectria lugdunensis beimpft. Beimpfte und unbeimpfte Blattscheiben wurden inden Hallen Fließgewässermesokosmen am UBA-Versuchsfeld in Berlin Marienfelde von April bis Juliexponiert. Während der Exposition wurden die Blattscheiben gegenüber einer realistischen Spritzfolgevon 9 Fungiziden, 4 Insektiziden und 4 Herbiziden in "Regulatorisch akzeptablen Konzentrationen"(RAK) ausgesetzt und zu 7 Terminen beprobt. Parallele Probenahmen beimpfter Blattscheiben an derDSMZ wurden zum Vergleich der nicht exponierten Pilze unter Laborbedingungen mitgeführt. Zieledes Projektes waren a) Blattscheiben mit den drei Arten aquatischer Pilze zu beimpfen b) TaxonspezifischeqPCR Assays für diese drei Arten zu entwickeln und zu evaluieren c) zu testen ob die Anwendungvon taxonspezifischen qPCR Assays sich eignet, um Abundanzen aquatischer Pilze unter realistischenExpositionsbedingungen nachzuweisen.Die Wiederfindung der Zielpilze mit den neu entwickelten taxonspezifischen qPCR Assays war in denLaborproben höher als in den Mesokosmenproben. Die Abundanzen der Zielpilze waren zwischenKontroll-und Pestizid-Behandlungsrinnen nicht signifikant unterschiedlich. Die qPCR Ergebnisseergaben außerdem, dass N. lugdunensis sich vor C. ramotenellum bei der Besiedelung der Blattscheibendurchgesetzt hat. T. marchalianum wurde nur in den Laborkontrollen und frühen Kontrollrinnenproebenwieder gefunden.<BR>Quelle: Forschungsbericht
Das Projekt "Der Zusammenhang zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktionen in heterotrophen aquatischen Systemen unter Stress" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Institut für Umweltwissenschaften durchgeführt. Allochthones organisches Material, wie Falllaub, ist eine zentrale Nährstoff- und Energiequelle für aquatische Ökosysteme. Diese werden durch die Aktivität von Mikroorganismen, im Speziellen aquatische Pilze, für das aquatische Nahrungsnetz zugänglich. Die Pilze tragen zum Einen durch die Produktion von Enzymen direkt zum Falllaubabbau bei. Zum anderen erhöhen sie die Konzentration an Lipiden und Proteinen auf dem Laub und stimulieren somit den Fraß von Zerkleinerern, wodurch sie indirekt zum Laubabbau beitragen. Die Zusammensetzung der Pilzgemeinschaft wird jedoch durch Stressoren anthropogenen Ursprungs beeinflusst, wodurch auch die Fähigkeit der Gemeinschaft beeinträchtigt wird, diese beiden Funktionen wahrzunehmen. In Anlehnung an das Konzept der Verschmutzungsinduzierten Toleranz einer Gemeinschaft, werden aufgrund von Stressoren sensitive durch tolerante Spezies ersetzt, wodurch sich die Toleranz der Gemeinschaft erhöht. Diese erhöhte Toleranz kann stressor-spezifisch sein. In diesem Zusammenhang untersucht das vorliegende Projekt die Toleranz von unbeeinflussten Gemeinschaften relativ zu Gemeinschaften, welche entweder an Mischungen von organischen Mikroverunreinigungen und Nährstoffen (Abwassereinleitung) oder an Fungizide (Weinbau) angepasst sind. Die Effizienz dieser Gemeinschaften Falllaub abzubauen, wird unter zunehmenden Konzentrationen von Nährstoffen und Fungiziden in einem voll-faktoriellen laborbasiertem Testverfahren untersucht. Durch die gleichzeitige Betrachtung der Eigenschaften einzelner Pilzarten (z.B. Enzymaktivität, Amino- und Fettsäurenzusammensetzung) strebt BIO2FUN an die zugrundeliegenden Mechanismen aufzudecken. Darüber hinaus können erste Abschätzungen zu möglichen 'bottom-up' gerichteten Auswirkungen auf die nächst höhere trophische Ebene, den Zerkleinerern, abgeschätzt werden. Diese werden durch Fütterungsexperimente, welche physiologische Reaktionen der Zerkleinerer untersuchen, verifiziert. Damit kann das vorliegende Projekt als Meilenstein für der Interpretation von zukünftigen Studien betrachtet werden, die sich der Rolle aquatischer Pilze in heterotrophen Nahrungsnetzen widmen.
Das Projekt "Molekulare und ökophysiologische Diversität von Phytoplankton-Pilz Systemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei durchgeführt. Pilzparasiten auf Phytoplankton sind ubiquitär und stellen eine integrale Komponente aquatischer Ökosysteme dar. Trotz zunehmender Hinweise, dass diese parasitischen Pilze eine wichtige Rolle für verschiedenste Ökosystemfunktionen spielen - via top-down Kontrolle von Phytoplanktonblüten und alternativen Kohlenstoff- und Nährstoffflüssen - sind sie noch immer stark vernachlässigt und wenig erforscht. Insbesondere methodische Gründe sind dafür verantwortlich, so sind sie morphologisch schwierig zu identifizieren und werden daher häufig übersehen. Neuerdings zeigen Untersuchungen von Umwelt-DNA eine unerwartet hohe Diversität von meist noch nicht beschriebenen Pilzen in aquatischen Ökosystemen. Ein bedeutender Teil dieser noch unbekannten Sequenzen gehört zu den parasitischen Pilzen auf Phytoplankton. Bis heute bleiben diese jedoch noch weitgehend unsichtbar für mikrobielle Ökologen, da sie bisher nur einen kleinen Anteil der beschriebenen Arten von parasitischen Pilzen auf Phytoplankton in den Sequenzdatenbanken ausmachen. Daher, ist die Hauptaufgabe dieses Projektes, diese Lücke zwischen morphologischen und molekularen Studien mit klassischen Kultivierungsverfahren und kultivierungsunabhängigen modernen Ansätzen zu überbrücken. Dies erlaubt der Umweltgenomik, einen direkten Zugang zu taxonomischem Wissen, das während mehr als einem Jahrhundert generiert wurde. Ferner wird die Verbindung von Diversitäts- und Funktionsanalyse aquatischer Pilze ermöglicht. Die phylogenetische Integration dieser bisher stark vernachlässigten Gruppe parasitischer Pilze auf Phytoplankton wird einen wichtigen Beitrag darstellen, um die evolutionären Schlüsselereignisse der basalen Pilze an der Wurzel des Pilzstammbaumes zu verstehen. Die zweite Aufgabe soll sein, unser Wissen zu den ökophysiologischen Eigenschaften der Phytoplankton-Pilz-Interaktionen zu entschlüsseln. Zusätzlich erlaubt das einzigartige Set von Modellsystemen, physiologische Experimente durchzuführen, die die Bedeutung von Temperatur und Licht auf die Interaktion von wohl-definierten Phytoplankton-Pilzkulturen beleuchten und die taxonomische sowie ökologische Variabilität (Spezialist vs. Generalist) untersuchen. Diese Studien werden wichtige, bisher noch fehlende Grunddaten bzgl. Taxon-spezifischen und Trait-abhängigen physiologischen Antworten von Phytoplankton-Pilz Interaktionen liefern. Solche Daten sind sehr wichtig, um jetzige und zukünftige Vorhersagen von Pilzinfektionen und ihren Auswirkungen auf die Phytoplanktondynamik sowie auf die des gesamten Nahrungsnetzes im Zusammenhang mit den momentanen globalen Veränderungen zu verbessern.