Ökologie und Diversität von Metall-hyperakkumulierenden Arten: Integration von Studien zu Genexpression, Plastizität von Akkumulierung, individueller Fitness, funktionellen Syndromen und Komplementaritätseffekten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Pierre Liancourt, Ph.D.; Professorin Dr. Katja Tielbörger
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568846928

Die Fähigkeit einiger Pflanzen, toxische Metall(oid)e in ihren Blättern zu hyperakkumulieren, ist faszinierend. Physiologische Studien zeigen, dass diese verblüffende Eigenschaft aktive Absorption, Verlagerung, Entgiftung und Speicherung von Metallen umfasst. Damit dieses Merkmal evolvieren kann, müssen Fitnessvorteile die direkten (Toxizität) und indirekten Kosten (durch z.B. Aufnahmemechanismen) überwiegen. Die vermuteten Vorteile umfassen erhöhte Metalltoleranz, Feind- und Konkurrenzabwehr oder Dürretoleranz. Leider arbeiten physiologische und ökologische Studien meist isoliert an einzelnen Arten und Metallen, sodass wir nicht genau verstehen, WARUM Hyperakkumulation evolviert ist. Diese Lücke wollen wir schließen, indem wir Studien zu Genexpression, Metallallokation, individueller Fitness, funktionalen „trade-offs“ und Folgen der Hyperakkumulation auf Gemeinschaftsebene integrieren. Zunächst bearbeiten wir mit Transkriptomanalysen die Frage, „WIE“ Pflanzen Metalle hyperakkumulieren, indem wir mehrere europäische Hyperakkumulatoren und Metalle (erstmals Thallium-Tl), betrachten. Genexpression wird auch für Funktionen untersucht, die ggf. mit Hyperakkumulation zusammenhängen, wie oxidative Stresstoleranz, Feindabwehr, photosynthetische Kapazität und Trockentoleranz. Wir fragen dann, ob Hyperakkumulation stimuliert wird, WENN bestimmte Reize auftreten (Herbivorie, Konkurrenz, Trockenheit), was auf eine evolutionäre Schlüsselrolle dieser Reize hindeutet. Die plastische Reaktion (Biomasse, Metallallokation) auf die Reize wird in Gewächshausexperimenten mit drei Arten, die Ni, Zn, Cd und Tl hyperakkumulieren, getestet. Dann wird getestet, ob Hyperakkumulation tatsächlich Herbivore abschreckt oder allelopathische Effekte hervorruft. Anschließend untersuchen wir, WO (Bodentypen), für WEN (Pflanzen unterschiedlicher Hyperakkumulationsfähigkeit) und unter welchen Bedingungen die Fitnessvorteile die Kosten überwiegen, indem wir gleichzeitig Hyperakkumulation, Metalltoleranz, Herbivorie sowie deren Nettoeffekt auf die Reproduktion testen. Auf der Suche nach Allgemeingültigkeit verwenden wir dann viele Arten, um funktionelle Merkmale von Hyperakkumulatoren mit denen von koexistierenden, nicht akkumulierenden Arten zu vergleichen. D.h., wir fragen: „WER“ hyperakkumuliert? So könnten z.B. Arten mit hohen Photosynthese- und Stoffwechselraten diese kostspielige Anpassung leichter verwirklichen. Ökologische Strategien werden durch Messungen funktioneller Merkmale von 80 hyperakkumulierenden Arten (ca. 10 % der weltweiten Hyperakkumulatoren) und koexistierenden Arten über Biome und Metall(oide) (Ni, Zn, Cd, Tl, Se) hinweg untersucht. Schließlich übertragen wir unsere Erkenntnisse auf die Gemeinschaftsebene. In Rhizotronen (Feinwurzel-Interaktionen) und Mesokosmen (andere Interaktionen) testen wir auf Komplementaritätseffekte, wenn Hyperakkumulatoren MITeinander wachsen. Dies kann Methoden für die Phytosanierung kontaminierter Böden optimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Mitverantwortliche: Privatdozentin Dr. Maria Májeková; Sara Tomiolo, Ph.D.
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Florian Delerue; Privatdozent Dr. Sylvain Merlot; Professor Dr. Maxime Pauwels; Professorin Dr. Catherine Sirguey