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Die Interaktionen zwischen hemiparasitischen Wurzelparasiten und ihren Wirtspflanzen
Doktorandin: Belén Moncalvillo. Betreuung: Prof. Diethart Matthies
Mehr als 1% aller Gefäßpflanzen sind parasitisch, d.h. sie attackieren andere Pflanzen mithilfe spezieller Kontaktorgane und entziehen ihnen Wasser und gelöste Substanzen. Die meisten parasitischen Pflanzen sind Hemiparasiten, die grüne Blätter haben und zur Photosynthese in der Lage sind. Da Hemiparasiten sich vor allem auf ihre eigene Photosynthese verlassen, sind die Wirtspflanzen für sie gleichzeitig wichtige Quellen für Wasser, Nährstoffe und Kohlenstoff und potentielle Konkurrenten um Licht. Parasitische Pflanzen können starke negative Effekte auf ihre Wirtspflanzen haben und so das Konkurrenzgleichgewicht zwischen Arten und die Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften beeinflussen. Wir werden folgende Fragen untersuchen: (1) Gibt es genetische Variabilität im Grad der Autotrophie von Hemiparasiten in der Reaktion auf verschiedene Wirtarten und in ihrer Wirkung auf die Wirtspflanzen? (2) Hängt der Nutzen von Wirtspflanzen für einen Parasiten vom Alter des Wirtes ab, und variiert die Empfindlichkeit der Wirte mit ihrem Alter? (3) Hängt die Empfindlichkeit der Wirte gegen einen Angriff durch Parasiten und ihre Eignung als Wirt von ihrem physiologischen Status ab? (4) Wie verteidigen sich Pflanzen gegenüber parasitischen Pflanzen und wie spezifisch ist diese Abwehrreaktion? Die erwarteten Ergebnisse werden zum Verständnis der Beziehungen zwischen Hemiparasiten und ihren Wirten beitragen, was wichtig ist, da viele Hemiparasiten in den letzten Jahrzehnten stark zurückgegangen sind und sie eine Schlüsselrolle in manchen Ökosystemen spielen.
Wirtswahl und Koevolution mit Wirten
Dr. Tobias Sandner, Prof. Dr. Diethart Matthies
Die meisten heimischen Hemiparasiten sind Generalisten, d.h. sie können verschiedene Pflanzenarten als Wirt benutzen. Und doch gibt es große Unterschiede in der Qualität einzelner Arten als Wirte. Aber wie früh erkennen die Parasiten potenzielle Wirte? Wachsen ihre Wurzeln gezielt in Richtung der Wirtswurzeln, oder ist ihr Wurzelwachstum noch ungerichtet und nur die Nutzung einzelner Arten unterschiedlich? In einem Topfexperiment mit immer vier verschiedenen Wirtsarten pro Parasit konnten wir zeigen, dass zottige Klappertöpfe (Rhinanthus alectorolophus) manche Wirtsarten gegenüber anderen bevorzugen (Sandner & Matthies 2018). Diese Wirtspräferenz entspricht aber nicht immer der Eignung von Arten in Monokultur. Besonders Leguminosen wurden in Wirtsmischungen anderen Arten vorgezogen, auch wenn sie in Monokultur gar nicht deutlich bessere Wirte waren – das kann damit zu tun haben, dass Leguminosen in Wiesen seltener sind als Gräser, und doch wichtige Teile einer ausgewogenen Ernährung für Hemiparasiten darstellen (Sandner & Matthies 2018). Mit einem noch künstlicheren Untersuchungsansatz bestätigte sich dieses Ergebnis: In Agarplatten wuchsen die Wurzeln des Hemiparasiten gezielt in die Richtung von Leguminosen, auch wenn sie keine guten Wirte waren (Sandner, Schoppan & Matthies 2022). Leguminosen locken mit Flavonoiden Knöllchenbakterien an, und Hemiparasiten könnten sich an den selben chemischen Signalen orientieren.
Einzelne Pflanzenarten sind jedoch nicht grundsätzlich gute oder schlechte Wirte für Hemiparasiten – es gibt auch große Unterschiede in der Wirtsqualität für verschiedene Populationen derselben Parasitenart (Sandner & Matthies 2017). Deshalb untersuche ich, wie stark der Parasit Rhinanthus alectorolophus lokal an seine Wirte angepasst ist – die ersten Ergebnisse deuten auf Koevolution mit dem Wirt Plantago lanceolata hin. Mit einer Mischung aus Topfexperimenten, Agarexperimenten und morphologischen Schnitten (Zusammenarbeit mit AG Zizka) versuche ich solche Muster gegenseitiger Anpassung zu verstehen.