Ökologie intraspefizischer Chemodiversität in einer Metall-hyperakkumulierenden Pflanzenart

• Antragsteller: Dr. Rocky Putra
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521193842

Chemische Verunreinigungen, u.a. mit Schwermetallen, gehören zu den wichtigsten globalen Umweltverschmutzungen. Einige Pflanzenarten, sogenannte Hyperakkumulatoren, können jedoch hohe Konzentrationen von Metall(oid)en tolerieren und hyperakkumulieren. Diese Arten werden verwendet, um entsprechende Gebiete zu dekontaminieren. Es ist jedoch weitestgehend unklar, wie diese Hyperakkumulatoren mit ihrer Umwelt interagieren. Die elemental defence Hypothese postuliert, dass Metall-Hyperakkumulation Pflanzen gegen Angriffe von Insekten und Pathogenen schützt. Neben dieser Element-vermittelten Abwehr produzieren Pflanzen diverse spezialisierte Metaboliten, die als direkte und indirekte Abwehr gegen Antagonisten dienen können. Anorganische und organische Abwehr können auch durch Angriffe induziert werden, die Zusammenhänge zwischen den beiden Abwehrformen sind jedoch bisher wenig untersucht in Bezug auf Ökologie und Evolution. Die Zusammensetzung beider Abwehrtypen kann sich auch intraspezifisch sowie intra-individuell unterscheiden, was zur Chemodiversität von Pflanzen beiträgt. Verschiedene Populationen von Arabidopsis halleri unterscheiden sich beispielsweise in der Glukosinolatzusammensetzung der Blätter und weisen verschiedene Chemotypen auf. Darüber hinaus hyperakkumulieren sie Zink (Zn) und Cadmium (Cd) und vermitteln somit eine effektive Verteidigung gegenüber Herbivoren. Andere Pflanzenarten hyperakkumulieren Silizium (Si), was biotischen und abiotischen Stress, inklusive Schwermetalltoxizität, mildern kann. Die Rolle von Si im Kontext von Metall-Hyperakkumulation ist jedoch meines Wissens weitestgehend unklar. In diesem Projekt sollen daher die folgenden zentralen Fragestellungen bearbeitet werden: • Beeinflusst Zufügen von Schwermetallen (Zn und Cd) und Si die intraspezifische und intra-individuelle Chemodiversität, indem die Zusammensetzung und Konzentrationen von Elementen und (semi-polaren) metabolischen Fingerabdrücken in Blattgewebe in verschiedenen Populationen und innerhalb von Individuen (z. B. junge vs alte Blätter) in A. halleri modifiziert werden? • Beeinflusst die Infektion mit Pilzen die Zusammensetzung und Konzentrationen von Elementen, Glukosinolaten und Camalexin (eine pilz-induzierte Abwehrsubstanz) in Populationen von A. halleri unter solchen Metal(loid)-Behandlungen? • Wie ändern sich Elemente und flüchtige Substanzen in Antwort auf Pilz- und Metal(loid)-Behandlungen in Populationen von A. halleri? Haben diese Änderungen in Elementen und/oder spezialisierten Metaboliten einen Einfluss auf Pilzwachstum in vivo und in vitro? Durch Kombination von chemischen Analysen des Elementoms, Metaboloms und Volatiloms mit in vivo Biotests zu Pilzentwicklung und in vitro Biotest-gesteuerter Fraktionierung sowie robuster statistischer Auswertung zielt das Projekt darauf ab, ein besseres Verständnis der faszinierenden ökologischen Aspekte intraspezifischer Chemodiversität in einer Hyperakkumulatoren-Modellart zu gewinnen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle