Overflow Metabolomics in europäischen Spartina-Hybriden, ihren Eltern und genome-duplizierten Nachfolgern

• Antragsteller: Dr. Dirk Granse
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572383400

Klimawandelbedingte Faktoren wie Dürren und steigende Temperaturen haben einen erheblichen Einfluss auf die terrestrische Netto-Primärproduktion. Sie zwingen Pflanzenarten und gesamte Pflanzengemeinschaften dazu, sich an die veränderten Umweltbedingungen anzupassen. Zwei zentrale Mechanismen, die Pflanzen diese Anpassung ermöglichen, sind die Hybridisierung sowie die Vervielfachung des gesamten Genoms (Whole Genome Duplication, WGD). Ein vielversprechender Ansatz, um die Anpassungsfähigkeit von Pflanzen besser zu verstehen, ist die Metabolomik. Diese Methode ermöglicht die umfangreiche Analyse chemischer Substanzen in biologischen Proben. Mithilfe der Metabolomik können spezifische Chemotypen in Hybriden und Polyploiden identifiziert werden. Dadurch lassen sich wertvolle Einblicke in deren ökologische Funktionen und ihre Bedeutung für die Anpassung an neue Umweltbedingungen gewinnen. Pflanzen nutzen Overflow-Stoffwechsel, um mit überschüssiger Energie, insbesondere bei hoher Lichtverfügbarkeit, umzugehen. Zu diesen Mechanismen gehören die Speicherung von Nicht-Struktur-Kohlenhydraten (NSC), die Abgabe von Assimilaten an die Rhizosphäre und die Produktion von Dimethylsulphoniopropionat (DMSP). Die zentrale Fragestellung dieses Projekts ist, ob Pflanzen parallel zum Overflow-Stoffwechsel veränderte metabolische Profile aufweisen. Dies führt zu dem in der Literatur noch nicht explizit definierten Begriff “Overflow Metabolomics”. Overflow Metabolomics könnte ein wertvolles Werkzeug sein, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und ihrer Umwelt zu verstehen. Im beantragten Projekt soll die Vielfalt von Chemotypen bei Pflanzen einer Gruppe eng verwandter Hybride untersucht werden, inklusive der Hybrideltern und der genomduplizierten Nachfahren. Das Ziel des Projekts besteht insbesondere darin, die Chemotypen von Spartina-Taxa, die in europäischen Küstensalzmarschen wachsen, entlang eines geografischen Gradienten vom gemäßigten Wattenmeer bis zum Mittelmeer zu identifizieren. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Erforschung des Overflow-Stoffwechsels (NSC und DMSP) bei diesen Pflanzen. Dazu sollen unter kontrollierten Bedingungen ‘Common-Garden’-Experimente im mediterranen Klima von Sevilla (Spanien) und im gemäßigten Klima von Hamburg (Deutschland) durchgeführt werden. Diese Experimente untersuchen verschiedene Szenarien, darunter moderate Nährstoffknappheit (bei Stickstoff und/oder Phosphor) und verschiedene Hydrologiezustände (staunass vs. gut bewässert), jeweils bei hoher Lichtverfügbarkeit. Das Projekt ist in drei Arbeitspakete gegliedert: Erstens sollen die Chemotypen der Pflanzen erfasst und zweitens die Diversität der Chemotypen in Bezug auf die jeweiligen Nischenpräferenzen analysiert werden. Drittens werden die Overflow Metabolome unter den beschriebenen, kontrollierten Bedingungen in Common-Garden-Experimenten genauer untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen