Meer over de werkgroep Terrestrische Microbiële Ecologie

Micro-organismen in de bodem vormen de grootste reservoirs van biodiversiteit van deze planeet en spelen een belangrijke rol in het functioneren van het ecosysteem. Onze kennis van de microbiële activiteiten in de bodem en de genetische basis voor deze activiteiten is echter nogal beperkt en remt ons vermogen om deze enorme diversiteit te stroomlijnen en te besturen.

De bodem zorgt, met name bij microben, voor een heterogene omgeving in ruimte en tijd. De meeste bodemsoorten zijn verschillend van samenstelling en bestaan uit vaste, vloeibare en vluchtige fases, met ruimtes daartussen, die microbiële bewegingen mogelijk maken.

Energie in de vorm van carbon wordt toegevoegd door planten aan de microbiële gemeenschap via uitscheiding en het afbreken van wortelweefsel. Op deze manier heeft niche differentiatie en evolutie van grondbiota, d.w.z. bacteriën en schimmels plaatsgevonden. Sommige micro-organismen hebben zich goed aangepast en groeien op uitscheidingen van plantenwortels en/of schimmeldraden, terwijl anderen wedijveren om een moeilijker afbreekbaar plekje. Bovendien zijn er verschillende symbiotische en pathogene relaties ontstaan tussen bacteriën, schimmels en planten.

Er is weinig bekend van de selectieve krachten van de microbiële evolutie en de mechanismen, die deze microbiële diversiteit sturen en handhaven en van de niche differentiatie van bodemorganismen. Plantenwortels en schimmeldraden kunnen bacteriën en schimmels selecteren uit de rhizo- (en phylo-) sfeer of hyphosfeer, die de verschijning van planten en schimmels kunnen veranderen, d.w.z. de die plantenziektes kunnen onderdrukken of de verhoogde toevoer van voedingsstoffen. De mate waarin deze selectie wordt toegepast in het milieu is tot nu toe echter niet duidelijk aantoonbaar. Oorzaken hiervan zijn de dynamische, heterogene aard van bodemmilieus, de enorme microbële diversiteit in bodems en de moeilijkheid om het merendeel van de bodem microben in cultuur te brengen.

Onderzoeksprogramma
Omdeze redenen is het doel van het onderzoeksprogramma van de werkgroep TME het vergaren van fundamentele kennis van de ecologie, diversiteit en evolutie van micro-organismen in de bodem, die te maken hebben met planten en schimmels. Hoofddoel vormen de tegenstrijdige (negatieve) en gemeenschappelijke interacties tussen bacteriën en schimmels en tussen planten en micro organismen. Daarom besteden we veel aandacht aan processen en functies in de mycosfeer en de rhizosfeer.

Onze werkgroep wil graag de volgende belangrijke wetenschappelijke vragen beantwoorden:

Vraag 1:
Welke effecten hebben plantenwortels en schimmeldraden op de samenstelling van leefgemeenschappen van plant- en schimmelgerelateerde bodem microben en wat zijn de consequenties van deze selectie voor het voorkomen van schimmels en planten?

Het onderzoek richt zich met name op de factoren die de aanwezigheid, afwezigheid en distributie van microbiële populaties beïnvloeden. hun genen en hun mogelijke invloed op de conditie van planten en schimmels. Het onderzoek volgt daarom met name genen die betrokken zijn bij de onderdrukking van schadelijke organismen en produktie/degradatie van plantenhormonen.

Lopende onderzoeksprojecten zijn:

Mechanismen, distributie en betekenis van bacteriële microparasieten in de bacteriële soort Collimonas.
Onderdrukking van ziektes en productie functies van grond.
Onderdrukking van ziekteverwekkende plantenschimmels als gevolg van inter-specifieke bacteriële interacties.
De rol van pyrrolizidine alkaloïden bij het ontstaan van de microbiële gemeenschap in the rizosfeer van Senecio jacobaea.
BACSIN; het vaststellen van het vermogen van phylosfere microbiologie om afval uit het milieu te reinigen. Zie ook populair wetenschappelijk artikel: Less stress, less mess.

Vraag 2:
Wat zijn de patronen van microbiële diversiteit in relatie tot planten en schimmels en wat zijn de factoren die verantwoordelijk zijn voor de aanleg en het voortbestaan van deze patronen?

Hier richten we ons met name op de voedingsstrategieën van micro organismen in relatie tot planten en schimmels. Verder zijn we geïnteresseerd in de verklaring van de enorme overvloed aan functionaliteit, die voorkomt binnen de microbiële leefgemeenschappen in de bodem.

Lopende onderzoeksprojecten zijn:

Effecten van de opwarming van de aarde op de structuur en functie van de Antarctische micobële leefgemeenschap.
De ontwikkeling van functionele en phylogenetische micro-array.
Het potentieel van genomics en de activiteit van dominant actieve niet in cultuur gebrachte bodembacteriën.
Functionele biodiversiteit in agarische productiesystemen: een synthese van onderzoeken naar het het in verband brengen van boven- en ondergrondse multitrofe interacties en de gevolgen voor de bescherming van de oogst.
Ontwikkeling van methodes om het risico van transgene planten op bodemprocessen vast te stellen.

Vraag 3
Hoe beïnvloeden interacties het functioneren van micro organismen, met bijzondere aandacht voor symbiotische, pathogene en antagonistische micro organismen?

Lopende onderzoeksprojecten zijn:

Activiteiten van mycorrhizale schimmels in bodemsystemen.
De ecologie van bacteriële individualiteit.

Onderzoekskader

Deze ecologische onderzoeksvragen vormen het kader van het huidige onderzoeksprogramma. Het programma heeft zich in de loop der jaren ontwikkeld, maar het hoofddoel was altijd de micobiële ecologie van plant-bodem systemen. Binnen dit speerpunt van het onderzoek proberen we kennis te vergaren over de functionele microbiële gemeenschapsdynamica in bodem en de rhizosfeer, vooral over hoe microbiële activiteiten worden beinvloed door verstoring van terrestrische ecosystemen.

Deze richting werd gekozen na de afsplitsing van het bodem planten onderzoek (nu bij de werkgroep Multitrophe Interacties, MTI) van de werkgroep in 2000, en heeft zich sindsdien uitgebreid met onderwerpen als interacties tussen bacteriën en schimmels, microbiële populatie biologie en omgevingsgenomics.

Het Bsik-gesponsorde programma over Ecogenomics 'Assessing the living Soil' heeft een enorme impuls gegeven aan het onderzoek van de werkgroep naar microbiële genomics.
Recent heeft de werkgroep ook een grote investering ontvangen in het kader van het ERGO programma, wat onderzoek verricht aan de effecten van genetisch gemodificeerde planten op bodem ecosystemen.

Door twee grote persoonlijke toekenningen aan George Kowalchuk (VICI) en Johan Leveau (VIDI) kunnen er grote onderzoeken worden gewijd aan de studie naar het gedrag van individuele bacteriële cellen in de bodem (VICI project Kowalchuk) en de phylosfeer (VIDI project Leveau).

De werkgroep richt zich ook op de vertaling van fundamentele kennis naar toegepaste onderzoeksprojecten. Behalve op fundamenteel en toegepast onderzoek, richten we ons ook op het bijdragen aan technische ontwikkelingen in microbiële ecologie, in het bijzonder op de ontwikkeling van moleculaire biologische (inclusief genomics en post-genomics) technieken en methodes.

Drie leden van de werkgroep zijn verbonden aan verschillende universiteiten; Hans van Veen is Professor Microbiële Ecologie aan het Biologisch Instituut van de Universiteit van Leiden, George Kowalchuk is buitengewoon hooglereraar Moleculaire Plant Microbe Interacties aan het Instituut van Ecologische Wetenschappen van de Vrije Universiteit Amsterdam en Johan Leveau is Associate professor van Microbiele Ecologie van de afdeling Plant Pathology van the University of California, Davis (USA).