Molekulare Eigenschaften multi-organismischer Kommunikation innerhalb förderlicher Baum-Mikroben Gemeinschaften

• Antragsteller: Professor Dr. J. Philipp Benz; Professor Dr. Jörg-Peter Schnitzler, seit 11/2022
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445525687

In natürlichen Lebensräumen leben Pflanzen und Pilze nicht voneinander isoliert, sondern interagieren ständig. Kommunikationsprozesse zwischen den Organismen sind essentiell, um Entscheidungen über die Richtung ihrer Interaktionen treffen zu können. Diese werden durch Signalmoleküle, z.B. aus Pilz- oder Wurzel-Exudaten sowie volatilen organischen Verbindungen (VOCs), vermittelt. Die Rolle pflanzlicher VOCs bei der Abwehr von Herbivoren oder dem Anlocken von deren Fraßfeinden ist bekannt. Es mehren sich aber Erkenntnisse, dass sie auch bei der Rhizosphären-Kommunikation beteiligt sind. Die meisten Studien haben sich bislang jedoch auf bilaterale Systeme beschränkt und damit die Komplexitäten von natürlichen Lebensräumen außer Acht gelassen. Fragen, wie z.B. weitere Partner diese Kommunikation beeinflussen, und welche mechanistischen Auswirkungen dies insbesondere während der Etablierungsphase hat, sind damit noch unverstanden. Das übergreifende Ziel dieses Antrags ist es, die VOC- und Kohlenhydrat-vermittelte Kommunikation einer verholzten Wirtspflanze (Populus x canescens) mit per se pflanzenförderlichen Pilzen (Trichoderma harzianum und die Ektomykorrhiza Laccaria bicolor) zu entschlüsseln. Diese dreiseitige Beziehung ist höchst relevant, da alle gewählten Partner weit verbreitet sind und ähnliche Interaktionen häufig vorkommen. Durch die Biokontroll-Funktion von Trichoderma und den damit verbundenen Antagonismus sind die Folgen der Beziehung bislang allerdings völlig unvorhersehbar, was sie zu einem exzellenten Modell für die Untersuchung der Kommunikation an der Schwelle von Symbiose und Parasitismus macht. Das erste Ziel ist es, einen detaillierten Überblick über Signalwege und molekulare Faktoren in der Kommunikation und Partner-Erkennung auf Genomebene zu erlangen. Neben bekannten Faktoren werden auch neue Kandidaten durch die Analyse entsprechender Mutanten in Trichoderma charakterisiert. Um die VOC-basierte Kommunikation der individuellen Partner besser zu verstehen, werden zusätzlich die VOC-Profile während der Etablierungsphase analysiert. Kürzlich wurde gezeigt, dass Pappeln nach Wahrnehmung pilzlicher VOCs ihren Redox-Haushalt und ihre Wurzelarchitektur anpassen. Für uns sind daher die Signalwege in den Pflanzen nach Erkennung von VOCs der Partnerorganismen sehr interessant. Auch ist von filamentösen Pilzen hierzu bislang kaum etwas bekannt. Deshalb werden wir ebenfalls die physiologische und transkriptionelle Reaktion von Trichoderma auf Pappel- und Laccaria-emittierte VOCs untersuchen. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden sich für die Verbesserung von Wiederaufforstungs- und Umweltsanierungs-Konzepten nutzen lassen, in denen Kombinationen aus Bäumen mit pflanzen-förderlichen Pilzen angewandt werden. Wir messen dem Projekt eine hohe Erfolgswahrscheinlichkeit zu, da die Kombination aus Gruppen mit profunder molekularer pflanzen- und pilzwissenschaftlicher Expertise einzigartig auf die Herausforderungen zugeschnitten ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Maaria Rosenkranz, bis 11/2022