Mikrobielle Interaktionen in pflanzlichen Ökosystemen


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Wir suchen zwei Doktoranden für unsere Projekte innerhalb des Schwerpunkt-Programms "Deconstruction and Reconstruction of the Plant Microbiota (DECRyPT, SPP 2125)".

Folgende Kooperationsprojekte werden Teil des Schwerpunkt-Programms sein:

Projekt: Die Öklogie zentraler Organismen des Mikrobioms von natürlichen Lotus corniculatus Populationen

Dies wird ein Kooperationsprojekt mit der Gruppe von Prof. Oliver Bossdorf (Evolutionäre Pflanzenökologie, Institut für Evolution und Ökologie, Universität Tübingen) und der Gruppe von Prof. Eric Kemen (jeweils ein Doktorand) sein. Das Projekt wird von Dr. Juliana Almario koordiniert.

Hintergrund:

Unser Verständnis von Herkunft, Vererbbarkeit und Stabilität des Pflanzenmikrobioms und seiner Variabilität in natürlichen Pflanzenpopulationen ist immer noch sehr begrenzt. Erst kürzlich wurde eine kleine Untergruppe der mikrobiellen Gemeinschaft innerhalb von Pflanzen als "Hubs" identifiziert, die stark mit anderen Mikroben und mit dem Wirt verbunden sind und einen großen Einfluss auf die Struktur und Diversität der mikrobiellen Gemeinschaft haben. Die wahre ökologische und funktionelle Bedeutung solcher Gemeinschaftsstrukturen kann jedoch nur durch das Studium verschiedener Pflanzenarten in natürlichen Populationen verstanden werden, insbesondere von Arten, die weit verbreitet sind und in einem breiten Spektrum von natürlichen Umgebungen vorkommen.

So far, most existing data on plant microbiomes comes from the model plant A. thaliana and from crop plants under anthropogenic influences. Here, we will study the core microbiome of the common legume Lotus corniculatus, an important species of Central European grasslands, with a broad ecological amplitude. Our study will combine extensive field surveys with advanced microbial network analyses, and a series of controlled-environment experiments. It will provide a uniquely comprehensive study of plant-inhabiting microbiota in an ecological context.

Bisher stammen die meisten Daten zu Pflanzenmikrobiomen von der Modellpflanze A. thaliana und aus Kulturpflanzen unter anthropogenen Einflüssen. In diesem Prjekt werden wir das zentrale Mikrobiom der Leguminose Lotus corniculatus untersuchen, eine wichtige Planzen-Art des mitteleuropäischen Graslands mit einer großen ökologischen Variabilität. Das Projekt wird sowohl Feldstudien an natürlichen Standorten, Hochdurchsatz-Sequenzierungen, als auch Analyse mikrobieller Netzwerke und die Analyse synthetischer mikrobieller Gemeinschaften beinhalten. Es wird eine einzigartig umfassende Studie von pflanzenbewohnenden Mikroben in einem ökologischen Kontext liefern.

Projekt: Analyse der Wirkmechanismen von Basidiomyceten-Hefen auf komplexe mikrobielle Gemeinschaften von Blättern

 

Dies wird ein Gemeinschaftsprojekt mit der Gruppe von Prof. Gunther Doehlemann (Terrestrische Mikrobiologie, Botanisches Institut, Universität zu Köln) und der Gruppe von Prof. Eric Kemen (jeweils ein Doktorand) sein.

Hintergrund:

To facilitate co-habitation of resource-limited niches such as plant leaves, microbes have evolved mechanisms to collaborate or compete with others. Resulting microbial communities build integral networks, which are constantly disturbed by biotic and abiotic factors. This requires continuous responsiveness and re-calibration of microbe-microbe interactions. Key to a dynamic network stability are microbial hubs, i.e. microbes that are disproportionally important in shaping microbial communities. Recent findings suggest a particular importance of the negative interactions of antagonistic microbes for the stabilization of microbial communities. In wild Arabidopsis thaliana populations, we identified a basidiomycete yeast as a hub antagonist. This yeast, which is closely related to plant pathogenic smuts, antagonizes several bacterial members of the A. thaliana leaf microbiome and one of the main hubs, the oomycete protist Albugo laibachii. We therefore hypothesize that fungal yeasts in general are crucial factors for microbial community structure. To test this hypothesis on the functional level, we have established high quality functionally annotated genome sequences and an efficient transformation systems. This project will provide a uniquely comprehensive study on mechanisms and diversity of basidiomycete yeasts in microbiota.

Um ein Zusammenleben in ressourcenlimitierten Nischen wie Pflanzenblättern zu erleichtern, haben Mikroorganismen Mechanismen entwickelt, die ihnen Kooperationen oder die Konkurenz mit anderen Organismen ermöglichen. Hieraus resultieren mikrobielle Gemeinschaften die komplexe Netzwerke ausbilden, die ständig von biotischen und abiotischen Faktoren gestört werden. Dies erfordert eine kontinuierliche Reaktionsfähigkeit und Neukalibrierung von Mikrobe-Mikroben-Interaktionen. Der Schlüssel zu einer dynamischen Netzwerkstabilität sind mikrobielle Hubs, d. H. Mikroben, die bei der Gestaltung mikrobieller Gemeinschaften überproportional wichtig sind. Neuere Ergebnisse weisen auf eine besondere Bedeutung der negativen Wechselwirkungen antagonistischer Mikroben für die Stabilisierung mikrobieller Gemeinschaften hin. In natürlichen Arabidopsis thaliana-Populationen konnten wir eine Basidiomyceten-Hefe als einen zentralen Antagonisten identifizierten. Diese Hefe, die eng mit pflanzenpathogenen Brandpilzen verwandt ist, wirkt auf mehrere bakterielle Mitglieder des A. thaliana-Blattmikrobioms antagonistisch unter anderem auf den Oomyceten-Protisten Albugo laibachii, einem wichtigen Hub des Mikrobioms. Wir stellen daher die Hypothese auf, dass Hefen im Allgemeinen entscheidende Faktoren für die mikrobielle Gemeinschaftsstruktur sind. Um diese Hypothese auf funktionaler Ebene zu testen, haben wir qualitativ hochwertige funktionell annotierte Genomsequenzen und effiziente Transformationssysteme etabliert. Dieses Projekt wird eine einzigartig umfassende Studie zu Mechanismen und Diversität von Basidiomyceten-Hefen in mikrobiellen Gemeinschaften liefern.

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