Evolutionary potential in functional traits of a wetland macrophyte (Juncus effusus) relevant for natural degradation of contaminants
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Eine wichtige Ökosystemdienstleistung von Feuchtländern ist der natürliche Abbau und die Zurückhaltung von Schad- und Schmutzstoffen. Pflanzen können diese Prozesse functionell direkt oder indirekt über Interaktionen mit der mikrobiellen Rhizosphärengemeinschaft beeinflussen. Viele Studien über die Auswirkung von pflanzlichen funktionellen Merkmalen auf Ökosystemprozesse in Feuchtgebieten konzentrierten sich auf die Variabilität zwischen den Arten und vernachlässigen die Bedeutung intraspezifischen Variabilität. Das Projekt sollte die intraspezifische molekulare und quantitative genetische Vielfalt einer repräsentativen Feuchtlandspflanze (Juncus effusus) beschreiben und die Frage beantworten, ob die beobachteten Muster das Ergebnis adaptiver Prozesse in Reaktion auf anorganische Nährstoffkonzentrationen im Boden sein können. Zudem sollte J. effusus als Modellpflanze in der Feuchtgebiet-Ökosystemforschung weiter etablieren werden, indem es eine molekulare Grundlage für zukünftige Studien bereitstellte. Die wichtigsten Ergebnisse aus projektbezogenen Arbeiten sind folgende: • Es wurde ein Transkriptom für J. effusus beschrieben, dass insgesamt 158.591 contigs umfasst. Desweiteren wurden 124.665 biallelische SNP-Marker identifiziert sowie mehrere Kandidaten-Loci, die möglicherweisemit der Stickstoffassimilation assoziiert ist. Damit wurde eine breite Basis für künftige Forschung zur funktionellen Genomik in dieser Art geschaffen. • Überraschenderweise besteht in Europa J. effusus aus mehreren, genetisch gut getrennten Abstammungslinien mit z.T. sympatrischen Vorkommen, vermutlich infolge (vor-)eiszeitlicher Diversifizierung und sekundären Aufeinandertreffens. Selbst innerhalb der Abstammungslinien war die genetische Differenzierung, die durch molekulare Marker bestimmt wurde, sehr stark. • Herkünfte von J. effusus unterscheiden sich stark i) hinsichtlich quantitativen Merkmalsausprägung, die für den Abbauch von Schmutzstoffen aus dem Boden relevant sind, ii) im Mikrobiom das mit der unterirdischen Biomasse assoziiert ist, und iii) in der Antwort auf unterschiedliche Stickstoffverfügbarkeit. Allerdings war die genetische Variabilität innerhalb der Population im Allgemeinen sehr gering, aber im Einklang mit Erwartungen an eine Pionierpflanze. • Die unerwartete starke, neutrale genetische Differenzierung zwischen Populationen, ließ evolutionäre Schlussfolgerungen aus QST-FST-Vergleichen nur begrenzt zu. Die mittlere Merkmalsausprägung sowie die –differenzierung zwischen den Populationen konnte jedoch zum Teil mit Bodenbedingungen am Probenursprung erklärt werden, was auf einen Beitrag adaptiver Prozesse bei der Merkmalsexpression schließen lässt. Spezifische Muster für einzelne Abstammunglinen verhindern jedoch allgemeine Schlussfolgerungen für die gesamte Art. Zusammenfassend deuten die starken genotypischen Effekte und die ausgeprägten Diversitäts- und Differenzierungsmuster für J. effusus darauf hin, dass eine informierte Auswahl von Herkünften und Genotypen für angewandte Ansätze bei der Wiederherstellung natürlicher und der Konstruktion artifizieller Feuchtgebiete die Effizienz assoziierter Ökosystemfunktionen erhöhen kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2014). Adaptive divergence in functional traits of a widespread wetland plant. 44th Annual Meeting of the Ecological Society of Germany, Austria and Switzerland
Born, J. and S. G. Michalski
- (2015). De-novo transcriptome analysis and characterization of Juncus effusus with a multi-module bioinformatics pipeline. Central German Meeting on Bioinformatics
Porsch M, Michalski SG, Durka W & Große I
- (2017). Strong divergence in quantitative traits and plastic behavior in response to nitrogen availability among provenances of a common wetland plant. Aquatic Botany 136: 138-145
Born J & Michalski SG
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.aquabot.2016.10.002)
