Induzierung adaptiver Plastizität in Pilz-Pilzfresser-Interaktionen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projektes haben wir erste Grundlagen (1) für eine adaptive Bedeutung pilzlicher Sekundärmetabolite in Interaktionen mit Pilzfressern und (2) für ein ökologischmechanistisches Verständnis der der Konsequenzen der Dynamik im pilzlichen Sekundärmetabolismus auf organismischer, molekular-genetischer und chemischer Ebene gelegt. Wir stehen jedoch erst am Anfang, was die ökologische Bedeutung dieser Befunde jenseits unserer Modellsysteme betrifft und welche evolutionären Konsequenzen diese Erkenntnisse nach sich ziehen. Hier ergibt sich ein wesentlicher zukünftiger Forschungsbedarf, nämlich die Integration pilzlicher volatiler und nicht-volatiler Sekundärmetabolite in ökologische Gemeinschaften und deren Bedeutung in der Evolution von Lebenszyklusstrategien, sowohl der Pilze als auch der Arthropoden. Hierbei werden wir unter anderem den bereits oben skizzierten und bewährten Weg der Untersuchung ausgewählter ‚Kandidatenmetabolite‘ durch Aufreinigung dieser bzw. der genetischen Manipulation der zugrundeliegenden Biosynthesewege weiter beschreiten. Da wir signifikante ‚non-taget‘-Effekte der insekteninduzierten Veränderungen im Sekundärmetabolom von Penicillium-Pilzen auf andere Mikroorganismen im Drosophila- System beobachten, werden wir zukünftig durch sorgfältige Kontrolle der mikrobiellen Gemeinschaften die gemeinschaftsweiten Konsequenzen dieser induzierten Antworten quantifizieren. Hierfür bauen wir eine Sammlung Drosophila-assoziierter Hefepilze und Bakterien aus unterschiedlichen Habitaten auf, die ihren Einsatz in aktuellen Promotionsprojekten zu Vielarteninteraktionen in unseren Modellsystemen finden. Des Weiteren kommt der Entdeckung induzierter Antworten in Pilzen eine mögliche biotechnologische Bedeutung zu, die wir bereits im Kontext des Management von Schadinsekten diskutiert haben. Aber auch pharmakologisch könnte dies bedeutsam sein, wenn neu bioaktive Stoffe aus Pilzen isoliert werden würden, die aber erst gebildet werden, wenn diese einer ökologisch relevanten Interaktion mit Insekten oder anderen Evertebraten ausgesetzt werden. Beispielsweise wurde für einige der von Drosophila induzierten Communesin-Alkaloide Antitumoreigenschaften beschrieben. Eine kritische Hürde hierbei ist die Identifikation der tatsächlichen Auslösemechanismen der metabolischen Veränderungen in den Pilzen, um die Produktion bestimmter Stoffe in größerem Maßstab, z.B. Fermentern, gezielt zu stimulieren. Ähnlich wie in Herbivore-Pflanzen-Interaktionen gehen wir davon aus, dass es sowohl wundaktivierte und durch insektenbürtige Signalstoffe aktivierte Prozesse gibt, die die Antworten in den Pilzen induzieren. In Kollaboration mit Chemiker*innen und Molekularbiolog*innen wird die Identifikation solcher Stoffe aus Insekten Gegenstand zukünftiger Forschung sein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2012) An Aspergillus nidulans bZIP response pathway hardwired for defensive secondary metabolism operates through aflR. Molecular Microbiology 83:1024-1034
Yin W, Amaike S, Wohlbach DJ, Gasch AP, Chiang Y-M, Wang CC, Bok JW, Rohlfs M, Keller NP
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(2012) Fungal chemical defence alters density-dependent foraging behaviour and success in a fungivorous soil arthropod. Ecological Entomology 37:323-329
Stötefeld L, Scheu S, Rohlfs M
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(2013) Fungal metabolic plasticity and sexual development mediate induced resistance to arthropod fungivory. Proceedings of the Royal Society London B 20131219
Döll K, Chatterjee S, Scheu S, Karlovsky P, Rohlfs M
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(2013) Induced fungal resistance to insect grazing: reciprocal fitness consequences and fungal gene expression in the Drosophila- Aspergillus model system. PLoS One 8:e74951
Caballero Ortiz S, Trienens M, Rohlfs M
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(2015) From mechanism to ecological function: fungal secondary metabolism in the light of animal-fungus interactions. Biosynthesis and Molecular Genetics of Fungal Secondary Metabolites, S Zeilinger, J-F Martín, CG Estrada (Eds), pp. 177-198
Rohlfs M
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(2015) Fungal secondary metabolite dynamics in fungus-grazer interactions: novel insights and unanswered questions. Frontiers in Microbiology 5:788
Rohlfs M
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(2017) Evolutionary feedbacks between insect sociality and microbial management. Current Opinion in Insect Science 22:92-100
Biedermann PHW, Rohlfs M
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(2018) Phenotypic responses to microbial volatiles render mould fungi more susceptible to insect damage. Ecology & Evolution 8:4328-4339
Caballero Ortiz S, Trienens M, Pfohl K, Karlovsky P, Holighaus G, Rohlfs M
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(2019) Bisnaphtopyrone pigment protects filamentous fungi from a wide range of predators. Nature Communications 10:3579
Xu Y, Vinas M, Alsarrag A., Pfohl K, Rohlfs M, Schäfer W, Chen W, Karlovsky P
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(2020) A potential collective defence of Drosophila larvae against the invasion of a harmful fungus. Frontiers in Ecology and Evolution
Trienens M, Rohlfs M
