Microbial diversity associated with Sphagnum mosses

Moose zählen phylogenetisch zu den ältesten Landpflanzen. Die Moosgattung Sphagnum ist die dominante Pflanze in Moorökosystemen, welche von großer Bedeutung für unser Weltklima sind. Kürzlich konnte von uns gezeigt werden, dass Sphagnum-Moose hochgradig von mikrobiellen Gemeinschaften besiedelt sind, die wichtige Funktionen für die Moospflanzen selbst als auch für das gesamte Ökosystem übernehmen. Aus den Untersuchungen resultieren neue, interessante Fragestellungen, die als Zielstellungen dieses Gemeinschaftsprojekts dienen. Hierzu zählen die folgenden Analysen: 1) der Spezifität der mikrobiellen Gemeinschaften weltweit, 2.) der Übertragung von Bakterien mittels Sporen, 3) der räumlichen Verteilung der Mikroorganismen mittels FISH (Fluorescence in situ hybridization) und konfokaler Lasermikroskopie sowie 4.) die Bewertung des biotechnologischen Potenzials von Isolaten. Zusammenfassend sollen die Ergebnisse zu neuen Erkenntnissen über diese interessante Bioressource führen.

Die in der nördlichen Hemisphäre weit verbreiteten Moosarten der Gattung Sphagnum tragen wesentlich zum globalen Kohlenstoffkreislauf und zur Weltklimaentwicklung bei. Trotz ihrer Bedeutung für die Biosphäre, blieb ihr Mikrobiom bislang weitgehend unbekannt. In unserem Projekt wurden die Sphagnum-assoziierten Bakterien von ubiquitär vorkommenden Moosen aus österreichischen und russischen Moorgebieten mit speziellem Fokus auf ihre Ökologie und ihr Anwendungspotenzial in der Biotechnologie erforscht.Eine hohe Wirtsspezifität des Moos-assoziierten Mikrobioms sowohl für die Struktur als auch die Funktion konnte unabhängig von der geographischen Region nachgewiesen werden. Das Ausmaß dieser Wirtsspezifität variierte jedoch zwischen den fern und nah verwandten Moosarten und korrelierte mit den Sekundärmetaboliten der Moose. Außerdem wurden Umweltfaktoren, zum Beispiel der Säuregehalt und die Nährstoffkonzentration, als die wichtigsten ökologischen Determinanten für die mikrobielle Diversität identifiziert. Erstmals wurde eine Wirtsspezifität für die funktionelle Gruppen der Stickstoff-fixierenden und Methan-oxidierenden Bakterien in Abhängigkeit von ihrer Funktion im Ökosystem beschrieben. In mikroskopischen Untersuchungen wurde eine dichte und strukturierte mikrobielle Kolonisierung der Sphagnum-Pflanzen, ihrer Stängel und Blättchen, sichtbar. Bemerkenswerterweise bleibt die Assoziation mit dem Mikrobiom während des gesamten Lebenszyklus der Moose erhalten. Der Sporo- und der Gametophyt der Moose teilen ein gemeinsames Kernmikrobiom, welches insbesondere potenzielle Nützlinge enthält und mit der Sporenkapsel weitergegeben wird. Für Moose als die phylogenetisch ältesten Landpflanzen der Erde konnte somit die Bedeutung ihres Mikrobioms unterstrichen werden.Parallel zu den grundlegenden Erkenntnissen wurde das Potenzial der Moos-assoziierten Bakterien für die Biotechnologie untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass ein großer Anteil der aus den Moosgeweben isolierten Bakterien eine hohe antagonistische Aktivität gegenüber Phytopathogenen besitzt. Darüber hinaus wurde eine hohe Besiedlungskompetenz und Wachstumsförderung an Nutzpflanzen nachgewiesen. Zusammengefasst konnten wir zeigen, dass Sphagnum-Moose ein sehr vielfältiges und spezifisches Mikrobiom beherbergen, welches eine interessante und bislang ungenutzte Bio-Ressource für biotechnologische Anwendungen bietet.Die Ergebnisse unserer Studie dienen nicht nur der Erkennung der ökologischen Funktion von Sphagnum-Moosen im klimarelevanten Moorökosystem, sondern sind auch für verschiedene angewandte Bereiche wie z. B. im Naturschutz, Klimawandel, Pflanzenzucht und im biologischen Pflanzenschutz wichtig.