Untersuchungen zur Konkurrenzfähigkeit von einheimischen und nicht-einheimischen Conyza canadensis Populationen: Ein interdisziplinäres Projekt zum besseren Verständnis von rapid evolution.

• Antragsteller: Dr. Christoph Rosche
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451876314

Hintergrund: Rapid evolution ist ein Phänomen, das häufig im Zusammenhang mit biologischen Invasionen untersucht wird. Zum Beispiel beobachteten zahlreiche Experimente für nicht-einheimische Populationen eine höhere Konkurrenzfähigkeit als für heimische Populationen. Unser Verständnis von rapid evolution ist jedoch begrenzt, da viele dieser Studien die Unterschiede zwischen Populationen (d.h. among-population variation: APV) unterschätzen, sowohl innerhalb als auch zwischen einheimischen und nicht-einheimischen Arealen. Nur wenige Studien analysierten darüber hinaus die öko-evolutionären Faktoren, die APV in beiden Arealen zu Grunde liegen. Zudem fehlen bislang interdisziplinäre Studien, die den Fokus auf APV legen, insbesondere solche zu Metabolomics und zu unterirdischen biotischen Interaktionen.Unsere Studie befasst sich mit rapid evolution der Konkurrenzfähigkeit von Conyza canadensis. Unsere bisherigen Forschungsarbeiten zeigten, dass APV der Fitness von C. canadensis signifikant von makroklimatischen Trockenheitsgradienten beeinflusst wird. Auch fanden wir im Feld große Unterschiede in Konkurrenzinteraktionen und Wurzel-Pilz-Interaktionen zwischen einheimischen und nicht-einheimischen Arealen.Methoden: Im Gewächshaus werden 162 Samenfamilien aus 27 einheimischen und 27 nicht-einheimischen Populationen einer Kombination aus Konkurrenz × Dürre-Behandlungen ausgesetzt. Die Proben aus diesem Experiment werden in drei integrativen Teilstudien (TS) analysiert.In TS1 werden Proxys für Fitness gemessen, um APV der Konkurrenzfähigkeit unter Dürre- und Nicht-Dürre-Bedingungen zu quantifizieren. In TS2 wird APV in Wurzel-Exsudat-Profilen (Massenspektrometrie-Analyse) und für allelopathische Effekte (Phytometer-Analyse) untersucht.In TS3 werden Wurzelmerkmale der Pflanzen gemessen und Amplicon-Sequenzierung von wurzelbesiedelnden Pilzen durchgeführt, um APV in Wurzel-Pilz-Interaktionen zu analysieren.Ziele: (1) Prüfung, ob rapid evolution in nicht-heimischen Populationen zu einer Veränderung der Konkurrenzfähigkeit, allelopathischen Aktivität und Abwehr gegen pilzliche Pathogene geführt hat. (2) Untersuchungen zu unterirdischen Mechanismen, die APV der Konkurrenzfähigkeit verursachen, durch Analyse, wie APVs aus den Daten der verschiedenen TS miteinander korrelieren.Stärken der Studie: Um zu testen, welche öko-evolutionären Faktoren APV beeinflussen, nutzen wir vorhandene Felddaten zu Konkurrenzinteraktionen, klimatischen Bedingungen und der Bodenpilzgemeinschaft. Mikrosatellitendaten ermöglichen es uns zudem, unsere Modelle auf nicht-adaptive Evolution zu korrigieren. Wir werden APV in Forschungsbereichen untersuchen, in denen APV bisher wenig Beachtung gefunden hat. Damit sollen neue Wege zum Verständnis öko-evolutionärer Prinzipien und komplexer Interaktionen zwischen Pflanzen, ihren Nachbarn und Bodenpilzen eröffnet werden. Intensive, interdisziplinäre Kooperationen werden den Projekterfolg fördern und zukünftige Forschung stimulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen