Pflanzenevolution in einer multitrophischen Gemeinschaft in Echtzeit

• Antragsteller: Professor Dr. Shuqing Xu, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438887884

Das Verständnis der evolutionären Prozesse in multitrophischen Gemeinschaften stellt eine der fundamentalen Herausforderungen der Evolutionsbiologie dar. Pflanzen werden in der Natur von Herbivoren bedroht während sie gleichzeitig von einer Vielzahl von Mikroorganismen besiedelt werden. Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass die Pflanzenmikrobiota die Verteidigung der Wirtspflanze gegen Herbivoren beeinflusst, ihre Zusammensetzung jedoch auch durch Herbivory selbst verändert wird. In welchem Ausmaß die Interaktion zwischen Pflanzen und ihrer Mirkoflora jedoch den Prozess und die Richtung der Evolution von Pflanzen unter dem Einfluss von Herbivoren beeinflusst ist unbekannt.In diesem Projekt wollen wir diese Wissenslücke schließen, indem wir den Prozess und die involvierten Mechanismen der pflanzlichen Evolution unter Herbivory in Echtzeit untersuchen. Wir werden ein "selection and resequence" Experiment durchführen und dabei die große Teichlinse (Spirodela polyrhiza), eine der am schnellsten wachsenden Pflanzen, als Modelorganismus verwenden. Durch die Zugabe der generalistischen Spitzschlammschnecke (Lymnaea stagnalis) werden wir Selektionsdruck auf S. polyrhiza Populationen ausüben, welche aus 150 natürlichen Genotypen zusammengesetzt werden und damit einen Großteil der natürlichen Vielfalt abbilden. Das Experiment werden wir unter Freilandbedingungen durchführen und es wird 6 Monate andauern, was im Falle von S. polyrhiza mehr als 30 Generationen entspricht. Hierbei werden wir den Einfluss von Herbivory auf verschieden Pflanzenmerkmale, die Allel-Frequenzen und die Mikrobiota bestimmen. Weiterhin werden wir mögliche Fitnesskonsequenzen der beobachteten Veränderungen in den Pflanzenmerkmalen und den Allel-Frequenzen genauer analysieren und untersuchen ob und wie die Pflanzenmikrobiota den durch Herbivory verursachten Selektionsdruck auf die Pflanzenverteidigung beeinflusst.Durch die Kombination von Experimenteller Evolution mit neuersten Methoden der Genetik und Genomanalyse wird dieses Projekt die Prozesse und Mechanismen der pflanzlichen Evolution in multitrophischen Gemeinschaften aufklären und damit den Wissensstand im Bereich der Pflanze-Herbivore-Interaktionen deutlich erweitern. Die in diesem Projekt generierten Ergebnisse und Methoden werden nicht nur neue Forschungsbereiche eröffnen, sondern auch die mögliche Verwendung von Wasserlinsen für industrielle Zwecke beschleunigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen