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Projekt
Verknüpfung von Populus nigra Metabotypen mit genetischer Variation und Pflanzen-Herbivore-Interaktionen
Antragsteller
Professor Dr. Jörg-Peter Schnitzler
Fachliche Zuordnung
Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415496540
Die Schwarzpappel (Populus nigra) verfügt über eine immense Vielfalt an spezialisierten Metaboliten und eignet sich ideal für die Analyse der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Herbivoren. Ziel der ersten Förderperiode war es, die Chemodiversität der konstitutiven und stressinduzierten flüchtigen und nicht-flüchtigen Chemotypen in Schwarzpappeln als Reaktion auf Befraß durch Lymantria dispar zu bewerten und die phänotypische Plastizität dieser Reaktion im Zusammenhang mit Veränderungen der Genexpression zu bestimmen. Wir zeigten, dass die Terpen-Emissionen der Bäume während der Herbivorie herkunftsspezifische Muster aufwiesen und dass die Schwere des Fraßes zwischen den Genotypen variierte. Analysen von P. trichocarpa, in einem Gemeinschaftsgarten an der UBC Vancouver zeigten, dass stoffliche Unterschiede in Blättern durch bioklimatische und geografische Einflüsse erklärt werden konnten, was eine Zuordnung der Herkünfte zu einzelnen Flusssystemen ermöglichte. In einer zweiten Förderperiode soll die intraspezifische Chemodiversität und Plastizität von Organen der Schwarzpappel unter Trockenstress und ober- und unterirdischer Herbivorie bestimmt werden. Es wird angenommen, dass es bei Trockenstress zu Änderungen in der Wechselwirkung zwischen Pflanze und Herbivore kommt, die zu organspezifischen Reaktionen auf Herbivorie führt. Die Experimente werden in einer Rhizotron-Phänotypisierungsanlage durchgeführt, deren nicht-invasive Messungen den Nachweis von stressinduzierten Veränderungen ermöglichen und gewebsspezifische Proben für Metabolomanalysen liefern. Bei ausgewählten Chemotypen wird ein Multiküvetten-System eingesetzt, um den Gasaustausch, einschließlich von flüchtigen organischen Verbindungen, von Pflanzen mit hoher zeitlicher Auflösung aufzuzeichnen. Mit Hilfe der nicht zielgerichteten Metabolomik sollen Metabolom-Netzwerke in verschiedenen Geweben und Organen (junge/alte Blätter, Phloem/Rinde, Xylem und Wurzeln) bestimmt werden. Dieser "Stoffwechselatlas" kann mit den Datensätzen der Projekte P1 und P3-P7 für Solanum dulcamara und Tanacetum vulgare verglichen werden. In Zusammenarbeit mit P8 werden wir untersuchen, wie die Metabolom-Netzwerke mit Veränderungen der Genexpression und der genetischen Variation verbunden sind. In Zusammenarbeit mit P1 werden wir in einem ‚Common garden‘ Experiment die Anpassungsfähigkeit und Fitness verschiedener chemischer Phänotypen der Schwarzpappel unter natürlichen Bedingungen aufzeichnen. Das Chemodiversitäts-Plastizitäts-Experiment wird in unseren Einrichtungen in München durchgeführt, und wir werden insbesondere nicht-invasive Analysen optischer biometrischer Merkmale vornehmen. Die Analysen im Projekt werden zur Entwicklung virtueller Pflanzen (P9) und zur Verbesserung von Chemodiversitätsindizes (P10) beitragen und mithelfen zu verstehen, wie die Chemodiversität durch Umweltfaktoren verändert wird und welche ökologischen Folgen diese Veränderungen für die Herbivorie von Pflanzen haben kann.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
