Inhaltszusammenfassung

Die Bedeutung endophytischer Pilze, die mit Pflanzen in natürlichen Ökosystemen assoziiert sind, ist als enorm einzuschätzen, aber wenig verstanden. Pilze der Ord­nung Sebacinales (Basidiomycota) wurden molekulargenetisch als Endophyten aus unterschiedlichsten Landpflanzen in vielen Teilen der Welt identifiziert, wobei die Auswahl der Wirte rein zufällig erfolgte. Über die tatsächliche Häufigkeit, Verbrei­tung, Vielfalt und Funktion dieser Pilze in Ökosystemen ist daher nichts bekannt. Zahl­r...Die Bedeutung endophytischer Pilze, die mit Pflanzen in natürlichen Ökosystemen assoziiert sind, ist als enorm einzuschätzen, aber wenig verstanden. Pilze der Ord­nung Sebacinales (Basidiomycota) wurden molekulargenetisch als Endophyten aus unterschiedlichsten Landpflanzen in vielen Teilen der Welt identifiziert, wobei die Auswahl der Wirte rein zufällig erfolgte. Über die tatsächliche Häufigkeit, Verbrei­tung, Vielfalt und Funktion dieser Pilze in Ökosystemen ist daher nichts bekannt. Zahl­reiche unter Laborbedingungen beobachtete positive Effekte des sebacinoiden Endophyten Piriformospora indica auf seine Wirte, etwa vermehrte Resistenz gegen Pathogene, lassen auf ein großes Potential dieser Pilze für die Landwirtschaft hof­fen; bezüglich der Übertragbarkeit auf das Freiland liegen jedoch wenige Daten vor. In dieser Arbeit wurden daher erstmals definierte Flächen systematisch auf Sebacina­les untersucht. Dazu wurden fünf Getreideflächen mit unterschiedlichen Be­wirtschaftungsformen ausgewählt. Wurzeln von Kulturpflanzen und dessen Begleit­flora wurden mittels molekularer Marker auf Sebacinales untersucht, die phylo­genetischen Beziehungen der Pilze hypothetisiert und eine ultrastrukturelle Ana­lyse der Endophyt-Wirt-Interaktion durchgeführt. Falls möglich, sollte zusätzlich ermittelt werden, (i) ob Diversität und Zusammensetzung von Sebacinales in Wurzeln von Getreidepflanzen durch benachbarte, krautige Pflanzen beeinflusst werden oder (ii) ob ein Zusammenhang zur Bewirtschaftungsform besteht. Im ersten Fall wären Endophyten mit identischen Sequenzen aus Nachbarpflanzen zu erwarten, die Wirtsspezifität wäre entsprechend gering; im zweiten Fall sollten die Flächen mit den unterschiedlichen Bewirtschaftungsformen spezifische Verteilungsmuster der Sebacinales aufweisen. Aus 574 Proben wurden 83 neue Sequenzen für Sebacinales ermittelt, aus denen mindestens 10 Phylotypen (Endophyten mit identischen Sequenzen) beschrieben werden konnten. Häufig wurden Nachbarpflanzen von dem gleichen Endophyten besiedelt; benachbarte Wirte scheinen demnach einen Einfluss auf die Besiedlung von Getreide und begleitenden Kräutern durch Sebacinales zu haben. Die vorliegenden Daten lieferten keine Hinweise für eine Wirtsspezifität. Ein Phylotyp dominiert auf allen fünf Probeflächen und ist dort mit zahlreichen Wirten unterschiedlicher Verwandtschaft assoziiert, unter anderem mit Triticum aestivum und x Triticosecale. Es gibt jedoch auch Beobachtungen von Sebacinales mit lokalen Vorkommen auf nur einer Fläche. Beschreibungen von bis zu fünf Phylotypen auf einer Fläche von nur 4 m2 legen eine enorme Diversität innerhalb der Sebacinales nahe. Grundsätzlich wurden große Unterschiede in der Häufigkeit von Endophyten zwischen den Flächen, aber auch zwischen Äckern und Randstreifen, beobachtet. Vorliegende Ergebnisse legen eine Verknüpfung der Bewirtschaftungsform mit Häufigkeit, Zusammensetzung und Diversität endophytischer Sebacinales nahe: Bio-Äcker ohne Pestizide wiesen eine größere Pflanzendiversität auf als konventionell oder in Direktsaat bewirtschaftete Äcker und sebacinoide Pilze scheinen Flächen mit hoher Wirtsdiversität zu bevorzugen. Die Beobachtung von Doliporen mit kontinuierlichem Parenthesom in toten Wurzelzellen von Triticum aestivum stellt den ersten morphologischen Nachweis sebacinoider Endophyten im Freiland dar. Dies bestätigt das tatsächliche Vorkommen von Sebacinales in den Wurzelzellen krautiger Pflanzen, wie dies zuvor in anderen Arbeiten auf rein molekularer Datenbasis vermutet wurde. Die Hyphen waren dabei nicht zufällig im Wirtsgewebe verteilt, sondern kolonisierten nur wenige, weit auseinander liegende Rindenzellen der äußersten Lage und füllten diese kompakt mit Mycel aus. Dieses Besiedlungsmuster deutet auf eine mutualistische Beziehung zwischen Pilz und Wirt hin. In umfangreichen ultrastrukturellen Analysen konnte – neben Beobachtungen weiterer Basidio- sowie Asco- und Glomeromyceten – nur ein sicherer morphologischer Nachweis endophytischer Sebacinales erbracht werden. Dies legt nahe, dass die Beobachtung ein frühes Stadium der Kolonisation darstellt und sebacinoide Pilze im Frühjahr nur wenige Wirtszellen in jungen Wurzeln besiedeln und sich erst mit fortschreitender Alterung des Gewebes in ihren Wirten ausbreiten, wie dies in Laborversuchen mit P. indica von anderen Autoren beobachtet wurde. Die spärliche Besiedelung der Wurzeln im Freiland durch sebacinoide Pilze könnte auch eine mögliche Erklärung für das Scheitern bisheriger Freilandversuche mit P. indica und Getreide sein. Allen Laborversuchen war eine umfassende Wurzelkolonisation zu Grunde gelegt, die im Freiland in Konkurrenz mit anderen Endophyten sowie nicht optimalen Bedingungen für alle Partner nicht annähernd erreicht zu werden scheint. Weiterhin gibt es Hinweise, dass endophytische Sebacinales die kalte Jahreszeit in wenigen perennierenden Wirten überdauern und sich von diesen ausgehend im Frühjahr auf der Fläche ausbreiten. Die morphologische Bestätigung der Endophyten in den Wirtzellen, gepaart mit einer riesigen und bisher kaum erforschten Diversität in den Sebacinales, sollte zu verstärkten Bemühungen führen, optimal an mitteleuropäische Böden gemäßigter Klimate angepasste Sebacinales in Kultur zu bringen. Solche Stämme sind für zukünftige Experimente nötig, um das Potential der Endophyten zur Steigerung landwirtschaftlicher Erträge unter Freilandbedingungen zu testen.» weiterlesen» einklappen

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DDC Sachgruppe:
Biowissenschaften, Biologie