Molekulare Methoden zur Erfassung der Biodiversität und zur ökologischen Bewertung von Bundeswasserstraßen sowie zur gezielten Erfassung von Neobiota und schwer auffindbaren Arten: Algen, Fische, Makrozoobenthos

Abstract

Ziel des Projektes war der Aufbau molekularbiologisch-taxonomischer Kompetenz in der Abteilung U. Am Beispiel des Phytoplanktons, des Phytobenthos, des Makrozoobenthos (MZB) und der Fische sollte der aktuelle Forschungsstand molekularbiologischer Bestimmungsmethoden dargestellt, Ergebnisse mit klassischer Taxonomie verglichen und die Methodik auf seine Anwendbarkeit hinsichtlich der Ermitt- lung der Biodiversität und der ökologischen Bewertung von Bundeswasserstraßen getestet werden. Ziel war es auch, Empfehlungen zu Probenahme und genetischer Charakterisierung zu formulieren. Die BfG führte dieses Projekt bundesweit an den Bundeswasserstraßen durch. Im Projekt wurde der Aufbau eines voll ausgestatteten molekularbiologischen Labors unterstützt und abgeschlossen. Es stehen nun zwei Laborräume mit der benötigten Infrastruktur für molekularbiologi- sche Arbeiten von der DNA Extraktion bis zur Sequenzierung / Datengenerierung für die BfG zur Ver- fügung. Das Laborpersonal wurde in Arbeitsroutinen mit einbezogen und setzt diese nun selbstständig um. Im Projekt wurden außerdem Protokolle und Handlungsanweisungen für die Probenahme und mo- lekularbiologische Aufarbeitung für die vier biologischen Qualitätselemente (BQE) Phytoplankton und - benthos, Makrozoobenthos (MZB) und Fische erarbeitet. Konkret wurde festgestellt, dass die herkömm liche Fixierung von Phytobenthos in Ethanol für die genetische Analyse weniger gut geeignet ist. Ferner wurden DNA Extraktionsmethoden getestet und ein Primerset für die Amplikonsequenzierung des 16S rRNA Gens, des 18S rRNA Gens und des rbcL Gens etabliert. Ein umfassender Vergleich von moleku- larbiologischen mit morphotaxonomischen Methoden des Phytoplanktons und Phytobenthos konnte im Projekt wegen technischer Schwierigkeiten beim Dienstleister, sowie verfrühtem Weggang des Projekt- personals nicht vollständig abgeschlossen werden. Die Daten sollen aber in anderen Projekten weiter- genutzt werden. Für das Makrozoobenthos konnte ein Vergleich der molekularbiologischen und morphotaxonomischen Bestimmungsmethoden für die Gewässerbewertung der Bundeswasserstraßen Elbe und Rhein durch- geführt werden. Dabei zeigten sich sowohl eine höhere taxonomische Auflösung durch die molekular- biologischen Methoden, als auch eine ähnliche Bewertung des Gewässers durch beide Methoden. Pro- benahmestrategien anhand von Umwelt-DNA (eDNA) für verschiedene Fragestellungen, wie Biodiver- sitätsanalysen oder der Nachweis von nicht-einheimischen invasiven Arten, konnten erarbeitet und ge- testet werden. Ebenso wurde ein Primerset für die Amplikonsequenzierung des mitochondrialen Cy- tochrome-c-Oxidase I (COI) Gens für das Makrozoobenthos, sowie ein Primerset des 12S rRNA Gens zur Analyse der Fischlebensgemeinschaften etabliert. Die aufgebaute Infrastruktur, der Kompetenzaufbau beim Labor- und wissenschaftlichen Personal, so- wie die erarbeiteten Handlungsanweisungen und Arbeitsroutinen kommen u.a. im Zuge des WRRL- Monitorings 2024 der IKSR, sowie zur Prymnesium-Monitoringkampagne 2024 in Kooperation mit den Ländern bereits zur Anwendung. Zudem ist die BfG in Folge des Projektes an der Ausarbeitung von entsprechenden DIN-Normen beteiligt. Die intensive Bearbeitung des Themenkomplexes hat die BfG als einen Ansprechpartner für molekularbiologische Methoden für andere Behörden (Bund und Länder) etabliert. Wissenschaftlich wurden Kooperationen mit anderen aktiven Gruppen, wie der von Prof. Dr. Florian Leese an der Universität Duisburg-Essen, aufgebaut. Ferner wurden im Projekt Lücken wie un- zureichend bestückte Datenbanken oder eine zu geringe taxonomische Auflösung mittels herkömmli- cher Amplikon-Sequenzierung aufgezeigt, die in zukünftigen Projekten bearbeitet werden müssen, um das Ziel einer zuverlässigen und standardisierten Bewertung anhand von genetischen Methoden zu erreichen.