Die Mikro-evolution pflanzlicher Multi-stressresistenz in Hochgebirgswäldern

• Antragstellerin: Dr. Karin Schrieber
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531846341

Der globale Wandel verändert die Komposition der Stressmatrix für eine stetig zunehmende Anzahl von Pflanzenarten. Die evolutionären Reaktionen der Arten auf diese Veränderungen werden entscheiden, ob Ihre Verbreitungsgebiete Bestand haben oder sich merklich verkleinern bzw. verschieben und welche Schutzmaßnahmen erforderlich sind. In unserem Projekt untersuchen wir die Mikroevolution der pflanzlichen Resistenz gegen (multiple) Stressoren in Hinblick auf 1) intrinsische vererbbare Variation, sowie 2) Variation, die von Interaktionen mit lokal co-evolvierten Mikrobiota verursacht wird. Unser Fokus liegt dabei auf der gefährdeten Hochgebirgsbaumart Polylepis australis und den Effekten von Hitze und Trockenheit. Die Abundanz beider Stressoren nimmt von hohen zu niedrigen Gebirgslagen extrem zu und wird sich im Zuge des Klimawandels generell erhöhen. Unsere Studie wird deshalb nicht nur neue Einblicke in die Funktion und Mikroevolution von Pflanzen in extremen Umwelten geben, sondern auch Informationen liefern, die für den zukünftigen Erhalt und die Restauration von Polylepis-Wäldern essenziell sind. Wir nutzen ein integratives Experiment unter streng kontrollierten Bedingungen, die jedoch ein naturnahes Design haben, welches aus langfristig erhobenen Felddaten abgeleitet wurde. Pflanzen aus niedrigen und hohen Gebirgslagen werden den individuellen und kombinierten Effekten von Trockenheit und Hitze ausgesetzt und dabei entweder mit sterilen Inokulaten, oder mikrobiellen Inokulaten von Böden aus hohen oder niedrigen Gebirgslagen versetzt. Wir werden umfangreiche Daten zum Wachstum, der Physiologie, funktionellen Merkmalen, hydrophilen und lipophilen Blattmetaboliten, sowie der Zusammensetzung der Rhizosphären-Mikrobiota aufnehmen. In Bezug auf (1) die vererbbare intrinsische Variation in der pflanzlichen Resistenz gegen (multiple) Stressoren erwarten wir, dass (1.1) Pflanzen aus niedrigen Lagen eine höhere Hitze- und Trockenheitsresistenz haben, (1.2) Trade-offs und Kosten für die Resistenz gegen verschiedene Stressoren existieren, und (1.3) kombinierte Stressoren pflanzliche Reaktionen erfordern, die nicht gänzlich von den Reaktionen auf einzelne Stressoren abgeleitet werden können. Des Weiteren untersuchen wir (2) in welchem Ausmaß Variation in der pflanzlichen Resistenz gegen (multiple) Stressoren von lokal co-evolvierten Bodenmikrobiota verursacht wird. Wir erwarten, dass (2.1) sich die Herkunft der Pflanze, die Herkunft des Bodens und Stress interaktiv auf die Komposition des Rhizosphären-Mikrobioms auswirken. Diese Unterschiede sind für die Pflanze von funktioneller Bedeutung, wenn (2.2) die Anwesenheit lokaler Mikrobiota das Pflanzenwachstum unter Stress und Kontrollbedingungen verbessert. Eine lokale Co-adaption von Pflanze und Microbiota an Hitze- und Trockenheit liegt vor, wenn (2.3) Pflanzen aus niedrigen Lagen, die mit Mikrobiota aus niedrigen Lagen inokuliert wurden, die geringste Wachstumsreduktion unter Stress zeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Argentinien
• Kooperationspartnerin: Dr. Paula Inés Marcora