Merkmalsvariation und Evolution von Pflanzen im Kontext der Beziehung zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktionen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Walter Durka; Professor Dr. Markus Fischer; Privatdozentin Dr. Christiane Roscher
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422440326

Die Rolle evolutionärer Prozesse für die Reaktion von Pflanzenarten auf die Diversität der Pflanzengemeinschaften sowie auf die Vorgeschichte der Pflanzen und des Bodens wird als erklärender Mechanismus für den Erhalt der Diversität von Pflanzengemeinschaften und die Verstärkung von Biodiversitätseffekten auf Ökosystemfunktionen über die Zeit diskutiert. Bisher wurde das Potential evolutionärer Prozesses für die mit der Zeit zunehmenden Biodiversitätseffekte kaum untersucht. In diesem Teilprojekt liegt der Schwerpunkt auf evolutionären Veränderungen von Pflanzenarten, die sowohl am Phänotyp als auch auf molekularer Ebene messbar sind. Wir verfolgen folgende Ziele: (1) Wir überprüfen, ob phänotypische Veränderungen erblich und adaptiv in Bezug auf die lokale Diversität der Pflanzengemeinschaften und die Vorgeschichte der Pflanzen und des Bodens sind, oder ob sie lediglich eine adaptive phänotypische Plastizität in Reaktion auf die aktuellen Wuchsbedingungen darstellen. (2) Wir untersuchen, wie die innerartliche Variation phänotypischer Merkmale in Bezug zu genetischer und epigenetischer Variation steht. (3) Wir prüfen, ob epigenetische Variation hauptsächlich einer genetischen Kontrolle unterliegt oder in welchem Ausmaß epigenetische Differenzierung unter verschiedenen Umweltbedingungen reversibel bzw. erblich ist. Mit einem Phytometer-Experiment mit acht Pflanzenarten werden wir testen, ob es adaptive phänotypische Reaktionen auf die Diversität der Pflanzengemeinschaften, die Vorgeschichte der Pflanzen und des Bodens gibt. Wir werden Nachkommen von Samenfamilien aus den 17 Jahre alten Gemeinschaften des Feldexperimentes in verschiedene Umwelten pflanzen: ihre Herkunftsumwelt "mit Pflanzen-Geschichte, mit Boden-Geschichte" und in Umwelten "ohne Pflanzen-Geschichte, mit Boden-Geschichte" und "ohne Pflanzen-Geschichte, ohne Boden-Geschichte", die auf dem gleichen Plot etabliert werden. Des Weiteren werden wir Genotypen der Modellart Plantago lanceolata mit 9 Jahren Selektionsgeschichte in Monokultur oder einer diversen Artengemeinschaft als Phytometer im Ecotron- Experiment verwenden. Wir testen, ob die Genotypen eine adaptive phänotypische Plastizität und epigenetische Veränderungen in Reaktion auf ihre aktuelle Umwelt (Diversität der Gemeinschaften, Vorgeschichte der Pflanzen und des Bodens) zeigen. Schließlich werden wir die apomiktische Modellart Taraxacum officinale verwenden, um evolutionäre Veränderungen im Phänotyp und auf genetischer und epigenetischer Ebene zu quantifizieren. In einem Common Garden Experiment werden Pflanzen mit 17 Jahren, mit 5 Jahren und solche ohne (Ursprungssaatgut 2002) Selektionsgeschichte in verschiedener Diversität, kultivieren. Wir werden sowohl im Common Garden als auch im Feldexperiment die genetische und epigenetische Variation ermitteln und phänotypische Merkmale messen. Gemeinsam werden diese Experimente zu einem besseren Verständnis beitragen, wie Biodiversität evolutionäre Prozesse beeinflusst.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5000: Biotische Interaktionen, Artengemeinschaften und öko-evolutionäre Dynamiken als Steuergrößen von Langzeitzusammenhängen zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktionen
• Internationaler Bezug: Niederlande, Schweiz
• Kooperationspartner: Dr. Koen Verhoeven; Niels Wagemaker