Anpassung der grünen Makroalge Ulva und ihres Mikrobioms an die niedrigen Temperaturen in der Antarktis (COLDULVA)

Antragsteller

Dr. Thomas Wichard
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Institut für Anorganische und Analytische Chemie
Lehrstuhl für Instrumentelle Analytik

Projektbeschreibung 

Das Projekt COLDULVA (lies: cold-ulva) erforscht die grüne Makroalge Ulva, auch bekannt als Meersalat, die weltweit in Küstengebieten vorkommt. Ulva zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Anpassungsfähigkeit an Veränderungen in der Umgebung aus. Sie kommt daher oft in stark vom Menschen verunreinigten Gewässern vor, aber auch unter extremen natürlichen Bedingungen wie in der Antarktis. Das Wachstum und die Morphogenese von Ulva hängt jedoch davon ab, dass die assoziierten Bakterien wachstumsfördernde Verbindungen freisetzen. Unter bakterienfreien Bedingungen entwickelt sich Ulva zu einem undifferenzierten Zellhaufen.Das Projekt zielt darauf ab, stressgeregelte Gene und Metaboliten von Ulva zu identifizieren, die während der kurzfristigen Kältereaktion und Akklimatisierung unter besonderer Berücksichtigung des Mikrobioms von Ulva stimuliert werden. Interessanterweise wachsen auch kälteangepasste (antarktische) Ulva-Arten bei höheren Temperaturen. Die warm gemäßigte U. mutabilis wächst jedoch nicht bei niedrigen Temperaturen, aber eben auch nicht die essentiellen assoziierten Bakterien. Diese Beobachtungen ebnen den Weg, die kälte-regulierten Gene und Metaboliten in Ulva aus der Perspektive sowohl intrinsischer (Algenstoffwechsel) als auch extrinsischer (Mikrobiom) Faktoren zu entschlüsseln. COLDULVA wird daher das warm gemäßigte Modellsystem U. mutabilis mit den antarktischen Ulva-Arten U. compressa und U. bulbosa vergleichen, die bereits auf King Georg Island (Antarktis) gesammelt worden sind.Wir gehen davon aus, dass Ulva richtig auf Stress reagieren wird, wenn sich sein Mikrobiom auch an Umweltveränderungen anpasst, um die algenwachstumsfördernden Verbindungen bereitzustellen. Die folgenden drei Ansätze werden durchgeführt, um die Frage "Gibt es Schlüsselgene und Metaboliten für die Anpassung an die antarktischen Umweltbedingungen?(1) Bakterien werden von der antarktisch Ulva-Arten isoliert, um das Wachstum der warm gemäßigten U. mutabilis bei niedrigen Temperaturen zu fördern. (2) Die Veränderungen des Algenstoffwechsels werden aufgrund unterschiedlicher Genexpression und Metaboliten-Bildung nach einem Kältestress untersucht, um die auf Stress reagierenden Gene und Metaboliten der Ulva zu bestimmen. (3) Ulva wird in der Potter Cove auf King George Island (Carlini Station/Dallmann Laboratory, Antarktis) erneut isoliert, um die ökologische Bedeutung der identifizierten hochregulierten Gene und Biomarker direkt nachzuweisen.Die Anwendung der Transkriptomanlyse und des Metabolitenprofils von Makroalgen unter standardisierten Bedingungen und in ihren natürlichen Lebensräumen liefert biologische Informationen darüber, wie sie ihren Stoffwechsel optimieren, um Umweltbelastungen zu überwinden. Insgesamt werden die Erkenntnisse, die wir über die Ökologie und Physiologie der Makroalgen gewinnen, Aufschluss darüber geben, wie sich symbiotische Gemeinschaften als Reaktion auf globale Klimaänderungen im Ökosystem der Potter Cove entwickeln.

DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme

gefördert seit 2019