Differential selection of photobionts and ecophysiological acclimation by the bipolar lichen Cetraria aculeata
Final Report Abstract
Flechten sind Symbiosen zwischen Pilzen und Grünalgen oder Cyanobakterien und stellen in polaren und alpinen Gebieten einen wesentlichen Anteil der Biodiversität und Biomasse. Es ist postuliert worden, dass die Auswahl lokal angepasster Symbionten es dem Pilzpartner erlaubt, seine ökologische Nische zu erweitern. In Vorversuchen konnten wir genetische Unterschiede zwischen Trebouxia-Symbionten aus polaren und temperaten Populationen der Strauchflechte Cetraria aculeata nachweisen. In diesem Projekt sollte geklärt werden ob diese genetischen Unterschiede ein Zeichen für ökotypische Differenzierung des Photobionten sind und ob die differentielle Wahl von ökotypisch differenzierten Photobionten es weit verbreiteten Flechtenarten erlaubt, klimatisch ungünstige polare Gebiete zu besiedeln. Mit Hilfe kurzer DNA-Sequenzabschnitte wurden in temperaten und polaren Populationen von Cetraria aculeata beide Symbionten genotypisiert. Sodann wurden Photosyntheseoptima ganzer Flechtenthalli und isolierter Photobionten gemessen. In Common-Garden-Experimenten wurden temperate (Spanien, Deutschland) und polare (King George Island, Svalbard) Individuen von C. aculeata verschiedenen klimatischen Bedingungen ausgesetzt und Gewichtszunahme, Photosyntheseleistung und Chlorophyllgehalt gemessen. Die in Vorversuchen identifizierten genetischen Unterschiede bestätigten sich auch bei Untersuchung einer größeren Stichprobe. Eine Variationspartitionierungsanalyse ergab einen deutlichen Einfluss klimatischer Faktoren auf die genetische Struktur des Photobionten. Flechtenthalli aus temperaten Populationen zeigen zudem höhere Photosyntheseoptima und Nettophotosyntheseleistung als solche aus polaren Populationen. Diese Unterschiede sind mit einem höheren Chlorophyllgehalt der temperaten Thalli verbunden. Nach Transplantation an einen Standort in Spanien erhöhte sich der Chlorophyllgehalt und die Nettophotosyntheseleistung polarer Individuen, umgekehrt zeigten temperate Individuen in Norwegen verringerte Photosyntheseleistung und Chlorophyllgehalt. Ein Wechsel der Photobionten nach Transplantation wurde nicht beobachtet. Wir schließen, dass sich C. aculeata gemäß der „community adpatation hypothesis“ an unterschiedliche Temperaturregime durch Hoch- und Herunterregulieren der Photobiontenpopulation akklimatisieren kann. Isolierte Photobionten zeigen einen weiten Temperaturtoleranzbereich und scheinen nicht an lokale Temperaturbedingungen angepasst zu sein. Da sämtliche allochthonen Individuen in der Versuchsfläche in Deutschland starben (und die deutschen Individuen in Spanien), liegt wahrscheinlich eher eine Anpassung an unterschiedliche Niederschlagsregime vor. Darauf deuten signifkante Unterschiede in Wasserhaltekapazität und Austrocknungszeit hin. Ein größer angelegter Feldversuch bzw. Versuche in Klimakammern sind notwendig, um diese Hypothese zu überprüfen.
Publications
- (2011) Population structure of mycobionts and photobionts of the widespread lichen Cetraria aculeata. Molecular Ecology 20: 1208-1232
Fernández-Mendoza F, Domaschke S, García MA, Jordan P, Martín MP, Printzen C
- (2012) Low genetic diversity in Antarctic populations of the lichen Cetraria aculeata and its photobiont. Polar Research 31, 17353
Domaschke S, Fernández-Mendoza F, García MA, Martín MP, Printzen C
(See online at https://doi.org/10.3402/polar.v31i0.17353) - (2013) Biogeography and ecology of Cetraria aculeata, a widely distributed lichen with a bipolar distribution. Mycokeys 6: 33-53
Printzen C, Domaschke S, Fernández-Mendoza F, Pérez-Ortega S
(See online at https://doi.org/10.3897/mycokeys.6.3185) - (2013) Photosynthetic acclimation of polar and temperate populations of Cetraria aculeata by photobiont selection and control. Oecologia
Domaschke S, Vivas M, Sancho LG, Printzen C
(See online at https://doi.org/10.1007/s00442-013-2670-3)
