Capture metatranscriptomics as a novel and effective approach to identify key genes in methane metabolism of temperate to high-arctic wetlands

Project: Research

Layman's description

I naturliga ekosystem påverkas kolets biogeokemiska kretslopp främst av hur mycket koldioxid (CO2) som tas upp genom primärproduktion och hur mycket som släpps tillbaka till atmosfären genom heterotrof respiration (Rh). Eftersom Rh är en så betydelsefull regulator påverkas kretsloppet starkt av aktivitetsgraden hos de mikroorganismer som är inblandade i respirationen. I våtmarker är ofta primärproduktionen och CO2-upptaget högre än respirationen. Det betyder att våtmarker oftast ackumulerar kol som då lagras i marken som torv. Om detta förhållande inte rubbas blir därför våtmarker av betydelse för jordens klimat eftersom de tar upp en del av människans CO2 utsläpp. Tyvärr märks det att de klimatförändringar som redan skett har rubbat balansen. Ofta betyder längre säsonger och högre temperaturer att ekosystemet tar upp mer kol. Men eftersom samma faktorer påverkar Rh, som ofta också blir högre, vet vi inte hur balansen kommer att se ut i framtiden. Kolbalansen påverkas också av att det produceras metan (CH4) under de markförhållanden som råder i våtmarker. Metan är en betydligt starkare växthusgas än CO2 och den totala växthusgasbalansen blir därför osäker att förutspå om inte båda växthusgaserna mäts samtidigt och ställs i relation till varandra.

Mål:
I detta projekt har vi som huvudsakliga mål att, genom fyra olika forskningsspår:
1) Studera vilka organismer som inblandade i Rh och CH4-produktionen i våtmarker. Vi kommer att fokusera på aktivitetsgraden hos CH4-producerare eftersom denna är i princip helt ostuderad. Vi kommer att utveckla ett bibliotek över de nyckelgener som är inblandade i produktionen av CH4 (vi har redan utvecklat detta för Rh) genom att använda oss av en teknik som kallas ”captured metatranscriptomics (CM)”.
2) Använda oss av CM för att bestämma hur mikroorganismernas aktivitet påverkar C-balansen i en subarktisk våtmark där permafrosten smälter och förändringar i kolbalansen och växtsammansättningen redan har observerats. Vi kommer också att mäta många andra komponenter av det biogeokemska kolkretsloppet i våtmarken.
3) Använda oss av CM för att bestämma hur mikroorganismernas aktivitet påverkar kolbalansen men ur ett mer klimatöverspännande perspektiv. Därför kommer vi också att inkludera en tempererad och en arktisk våtmark. För att jämföra med subarktis kommer vi att göra exakt samma mätningar som under punkt 2.
4) Använda oss av de omfattande och detaljerade kunskaper om kolets biogeokemiska kretslopp i våtmarker vi samlat på oss under punkt 1-3 för att förbättra en av de vegetationsmodeller (LPJ-GUESS) som idag används för att förklara kretsloppet i olika ekosystem. Med hjälp av denna förbättrade modell kommer vi sen att kunna förutspå hur våtmarks ekosystem kommer att förändras med framtida klimatförändringsscenarier och hur känsliga de är för dessa senarer.

Vi tror att det finns starka samband mellan mikroorganismernas aktivitet och det kolets biogeokemiskakretslopp. Där högre primärproduktion kommer att ge högre aktivitet. Vi tror också att växtsammansättningen, våtmarkens läge och stadie i förändring kommer att vara av stor betydelse. Vi tror också att det ekosystem som är mest känsligt ur ett klimatförändrings perspektiv är subarktis men att våra modelleringsinsatser kommer att påvisa en stark förändringspotential även i Arktis.

För att uppnå våra mål söker vi om pengar för deltidslön för fyra forskare med specialkompetens inom mikrobiologi, kolets biogeokemiska kretslopp, modellering med LPJ-GUESS och arktiska ekosystem och deras biologi. Vi söker också pengar för ” captured metatranscriptomics” och för att besöka fältlokaler.
StatusNot started

Participants