Abhängigkeit von Symbiosen zwischen endophytischen Pilzen und Gräsern von der Landnutzungsintensität

 

Projektphase 2017-2020

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Jochen Krauss

Veronika Vikuk

(Uni Würzburg)

Endophytische Pilze in Grasarten gemäßigter Breiten (Poaceae) produzieren für Herbivore toxische Alkaloide, welche Artengemeinschaften und Ökosystemfunktionen beeinflussen. Diese Alkaloide können, abhängig von ihrer Zusammensetzung und Konzentration, für Vertebraten (Kühe, Schafe, Pferde) aber auch Evertebraten toxisch sein. Jedoch sind die Kenntnisse über die Verbreitung solcher Pilz - Gras Symbiosen, sowie ihrer Abhängigkeit von der Landnutzung weitestgehend unbekannt. Lückenhaft sind auch die Kenntnisse über den Einfluss biotischer und abiotischer Faktoren auf Stoffwechselprodukte bei der Alkaloid-Produktion und der Einfluss von Epichloë Endophyten auf andere Mikroorganismen.

In diesem Projekt wollen wir das Vorkommen verschiedener Epichloë infizierter Gräser und die Alkaloid Konzentrationen in den 150 Grasland-EPs der Biodiversitäts-Exploratorien untersuchen.

Im ersten Projektabschnitt (DEFENSE I) wurden Proben verschiedener Grasarten entnommen und mit Immunoblot Assays und Färbemethoden auf Infektionen untersucht. Des Weiteren wurden mit einem UPLC-MS/MS die unterschiedlichen Alkaloid Konzentrationen erfasst. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Alkaloid Konzentrationen flächenbezogen jeweils deutlich unter den Toxizitätsschwellen für Herbivore liegen. Die Auswirkungen von Landnutzungsintensität und Epichloë Infektionen auf die Endophyten Diversität in Blättern von Lolium perenne wird mittels Barcoding in Kooperation mit der Universität Bochum ermittelt.

Im zweiten Projektabschnitt (DEFENSE II) wurden 2017 circa 4000 Proben von 8 verschiedenen Grasarten gesammelt. Auch in diesem Projekt sollen die Infektionsraten, sowie die Alkaloid-Konzentrationen ermittelt werden. Veränderungen in den Infektionsraten und Alkaloid-Konzentrationen sollen beschrieben werden. Einige Flächen, auf denen Gräser mit erhöhten Alkaloid-Konzentrationen in 2015 gemessen wurden, werden in 2018 über die gesamte Vegetationsperiode hinweg beprobt, um potentielle Peak-Konzentrationen zu erfassen. Außerdem wird mit PCR Methoden in Kooperation mit der Noble Foundation in den USA die Alkaloidbiosynthese der Pilze untersucht, um mögliche regionale Chemotypen zu erfassen.

Folgende Kernfragen basierend auf der Diversität von endophytischen Pilz-Wirtsgrass Symbiosen und den Ökosystemfunktionen der infizierten Gräser sollen beantwortet werden:

1. Welche endophytische Pilz-Gras Symbiosen gibt es auf den Graslandflächen und werden diese durch die Landnutzungsintensität beeinflusst?

2. Sind die Alkaloid-Zusammensetzungen und Konzentrationen der Endophyten-Gras Assoziationen in den Biodiversitäts-Exploratorien toxisch für Herbivore?

3. Welche Pfadalkaloide werden von den verscheiden Pilz-Gras Symbiosen produziert und sind diese von der Landnutzungsintensität abhängig?

4. Haben Epichloë infizierte Gräser einen Einfluss auf andere Mikroorganismen, die mit den Gräsern assoziiert sind?

 

Projektphase 2014 - 2017

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

PD Dr. Jochen Krauss

Prof. Dr. Martin Müller

(Uni Würzburg)

 

Endophytische Pilze in Grasarten gemäßigter Breiten (Poaceae) produzieren für Herbivore toxische Alkaloide, welche Artengemeinschaften und Ökosystemfunktionen beeinflussen. Diese Alkaloide können abhängig von ihrer Zusammensetzung und Konzentration für Vertebraten (Kühe, Schafe, Pferde) aber auch Evertebraten toxisch sein. Jedoch sind die Kenntnisse über die Abhängigkeit von Infektionen und der Alkaloidkonzentrationen von der Landnutzungsintensität weitestgehend unbekannt. Lückenhaft sind auch die Kenntnisse über den Einfluss von Pilz-Gras Symbiosen unterschiedlicher Arten auf Herbivorieraten und die Herbivorendiversität.

In diesem Projekt wollen wir Infektionen (Vorkommen und Abundanzen) und die Alkaloidkonzentrationen von Poaceae in den Grasland-EPs der Biodiversitätsexploratorien untersuchen.

Wir haben 2014 über 600 Proben des Deutschen Weidelgrasses Lolium perenne entnommen und werden den endophytischen Pilz Neotyphodium lolii mit Immunoplot Assays und qPCR mit genomischer DNA nachweisen. Zur Quantifizierung der Alkaloide werden wir ein UPLC-Tandem-MS nutzen. Wir planen weitere Proben von Arten der Poaceae zu sammeln, um mögliche Infektionen mit Neotyphodium/Epichloë Arten und ihre Alkaloid-Zusammensetzungen zu erfassen. In einem weiteren Teilprojekt wollen wir die Diversität der Endophyten in dem Gras Lolium perenne in den Graslandflächen der Biodiversitätsexploratorien mit Barcoding Methoden erfassen.

Folgende Kernfragen basierend auf der Diversität von endophytischen Pilz-Wirtsgrass Symbiosen und den Ökosystemfunktionen der infizierten Gräser sollen beantwortet werden:

1. Welche endophytische Pilz-Gras Symbiosen gibt es auf den Graslandflächen und werden diese durch die Landnutzungsintensität beeinflusst?

2. Sind die Alkaloid Zusammensetzungen und Konzentrationen der Endophyten-Gras Assoziationen in den Biodiversitätstexploratorien toxisch für Herbivore?

 

Vergangene Projektbeteiligung von PD Dr. Jochen Krauss: BATMAN