Molecular microbial ecology in agricultural systems

• Research unit: AGS
• Project number: 14.43.4.1

Key words (English)

Microbial diversity, microbial community structure, genetic markers, genetic profiling

Short description (German)

Mikroorganismen spielen eine fundamentale funktionelle Rolle in vielen Ökosystemen einschliesslich der landwirtschaftlichen Systeme. Eine intakte mikrobielle Gemeinschaft und die Diversität der mikrobiellen Umsetzungsprozesse und Funktionen sind wichtig für die Stabilität von landwirtschaftlichen Systemen. Molekularbiologische Methoden bieten die Möglichkeit, Mikroorganismen auf der genetischen Ebene zu beschreiben und zu quantifizieren und sie erlauben die Komplexität mikrobieller Gemeinschaften und deren Aktivitäten in verschiedenen Habitaten zu untersuchen und Veränderungen nachzuweisen.
Im Rahmen dieses Tätigkeitsfeldes werden neuen Methoden zur Detektion und Beschreibung von Mikroorganismen und deren Populationen entwickelt und angewendet. Diese Methoden sind zentral, um die funktionelle Diversität von Mikroorganismen in landwirtschaftlichen Systemen zu verstehen und deren positive und negative Beeinflussung durch landwirtschaftliche Praktiken und Massnahmen zu untersuchen. Erkenntnisse, welche mit diesen Ansätzen gewonnen werden können massgeblich zum Schutz und der schonenden Nutzung natürlicher Ressourcen genutzt und eingesetzt werden. Sie liefern Wissen bezüglich der Interaktionen zwischen Mikroorganismen und Wirtsorganismen, damit positive Eigenschaften von Mikroorganismen gezielt in landwirtschaftlichen Systemen genutzt oder negative Eigenschaften bekämpft werden können, stellen Entscheidungsgrundlagen zur Verfügung für die Beurteilung mikrobieller Biodiversität oder ermöglichen das Erarbeiten neuer Ansätze zum Bodenschutz.

Project aims (German)

1.     Entwickeln von molekularbiologischen Methoden für die Detektion, Quantifizierung und Beschreibung von Mikroorganismen und deren Populationen. Diese Methoden bilden Grundlagen, die in verschiedenen INH Forschungsgruppen für die Untersuchung spezifischer Fragen genutzt werden können.
2.     Aufbau der nötigen Kompetenz in Bioinformatik und Biostatistik, um eine maximale Nutzung der entwickelten molekularbiologischen Methodik zu ermöglichen.
3.     Anwendung der entwickelten Methodik, um Effekte landwirtschaftlicher Massnahmen auf die Umweltmikrobiologie zu erfassen. Dies erfolgt im Rahmen von INH internen und drittfinanzierten Forschungsprojekten, wie zum Beispiel:

• Effekte landwirtschaftlicher Massnahmen, Nutzung und Bodenbearbeitung (z.B. Nano Technologie).
• Effekte grossflächig eingesetzter chemischer und biologischer Schädlingsbekämpfungsmittel.

4.     Erforschen der Interaktionen zwischen Mikroorganismen und Wirtsorganismen damit positive Eigenschaften von Mikroorganismen gezielt in landwirtschaftlichen Systemen genutzt oder negative Eigenschaften bekämpft werden können.

Knowlegde improvements / Publications (German)

Schneider S, Widmer F, Jacot K, Kölliker R, Enkerli J (2012) Spatial distribution of Metarhizium clade 1 in agricultural landscapes with arable land and different semi-natural habitats. Applied Soil Ecology 52: 20-28

Meyling NV, Pilz C, Keller S, Widmer F, Enkerli J. (2012). Diversity of Beauveria spp. isolates from pollen beetles Meligethes aeneus in Switzerland. 109: 76-82

Schneider S, Rehner SA, Widmer F, Enkerli J (2011) A PCR-based tool for cultivation-independent detection and quantification of Metarhizium clade 1. J Invertebr Pathol 108: 106-114

Vogelgsang S, Enkerli J, Jenny E, Roffler S, Widmer F (2011). Characterization of Fusarium poae microsatellite markers on strains from Switherland and other countries. Journal of Pathology 159: 197-200

Fournier A, Widmer F, Enkerli J (2010). Assessing winter-survival of Pandora neaoaphidis in soil with bioassays and molecular approaches. Biological Control 54:126-134

Schneider S, Hartmann M, Enkerli J  Widmer F (2010). Fungal community structure in soils of conventional and organic farming systems. Fungal Ecology 3: 215-224

Enkerli J., and Widmer F. (2010) Molecular ecology of fungal entomopathogens: molecular genetic tools and their applications in population and fate studies. BioControl 55: 17-37

Frey B., Rüdt A., Widmer F. (2010). Changes in rhizosphere bacterial populations during phytoextraction of heavy metal contaminated soil with poplar. Plant Biosystems 144:392-395

Oulevey C, Widmer F, Kölliker R, Enkerli J (2009). An optimized microsatellite marker set for detection of Metarhizium anisopliae genotype diversity on field and regional scales. Mycological Research 113:1016-1024

Schneider S, Enkerli J, Widmer F (2009). A generally applicable assay for the quantification of inhibitory effects on PCR. Journal of Microbiological Methods 78: 351-353

Schwarzenbach K, Enkerli, J, Widmer F (2009). Effects of biological and chemical insect control agents on fungal community structures in soil microcosms. Applied Soil Ecology 42: 54-62

Fournier A, Enkerli J, Keller S, Widmer F (2008). A PCR-based tool for the cultivation-independent monitoring of Pandora neoaphidis. Journal of Invertebrate Pathology 99: 49-56

Schwarzenbach K, Widmer F, Enkerli J (2007). Cultivation-independent analysis of fungal genotypes in soil using simple sequence repeat markers. Applied and Environmental Microbiology 73: 6519-6525

Hartmann M, Fliessbach A, Oberholzer H-R, Widmer F (2006). Ranking the magnitude of crop and farmingsystem effects on soil microbial biomass and genetic structure of bacterial communities. FEMS Microbiology Ecology 57:378-388

Enkerli J, Widmer F, Keller S (2004). Long-term field persistence of Beauveria brongniartii strains applied as biocontrol agents against European cockchafer larvae in Switzerland. Biological Control 29: 115-123

Customers / Reporting (German)

Wissenschaft, Agroscope FGs, Fachkollegen
Industrie und Gewerbe
Behörden, Beratung und Branchenorganisationen
Landwirte

Agroscope internes  und Teilprojekt spezifisches Reporting

Wissenschaftliche Publikationen
Berichte
Vorträge an wissenschaftlichen Tagungen
Vorträge bei Fachverbänden, Fachgruppen und Beratungsorganen
Lehraufträge
Ausbilden von Studenten und Praktikanten