Arbeitspaket A2.2

Leiter

Prof. Dr. Peter Kämpfer

Weitere PIs

Prof. Dr. Karl-Heinz Kogel

Prof. Dr. Annette Reineke

Themen

Phyllosphäre: Mikrobielles Phyllobiom
Doktorandin: Cevik

Hintergrund

Der oberirdische Teil von Pflanzen ist kolonisiert von einer Vielzahl von Bakterien, filamentösen Pilzen und Hefen, wobei Bakterien den Hauptanteil der Mikroorganismen ausmachen [56*]. Epiphytische (auf der Pflanzenoberfläche, Phyllosphäre, angesiedelte) und endophytische (im Pflanzengewebe angesiedelte) Mikroorganismen (im Folgenden zusammengefasst als Phyllobiom) haben einen beträchtlichen Einfluss auf das Wachstum und die Gesundheit von Pflanzen. Die Zusammensetzung des Phyllobioms hängt stark von der Pflanzenart und von verschiedenen Umweltfaktoren ab. Die Veränderung von abiotischen Umweltfaktoren kann zu strukturellen und funktionellen Verschiebungen des Phyllobioms führen. Drei funktionelle Gruppen spielen in diesen Habitaten eine wichtige Rolle, pflanzenwachstumsfördernde, antagonistische und phytopathogene Mikroorganismen. Bedeutende pflanzenwachstumsfördernde Bakterien sind methylotrophe Bakterien der Gattung Methylobacterium. Diese nutzen bei der Pflanzenzellwandsynthese ausgasendes Methanol als Substrat und bilden im Gegenzug pflanzenwachstumsfördernde Hormone. Methylobakterien haben nachweislich wachstums-stimulierende Effekte auf Pflanzen und agieren als Antagonisten gegen phytopathogene Mikroorganismen [57,58]. Das Vorkommen antagonistisch wirkender Pilze an oberirdischen Teilen der Pflanze ist generell weniger gut untersucht, so dass hier neue Erkenntnisse zu erwarten sind. Endophytische Pilze (u.a. Epicloe (Ascomycota) an Gräsern (Poaceae)) [59] haben in spezifischen Phasen ihrer Entwicklung eine positive Wirkung auf ihre Wirtspflanzen, insbesondere vermitteln sie Schutz gegen Herbivore und Pathogene und scheinen auch die Toleranz gegenüber abiotischem Stress zu erhöhen. Neben phytopathogenen Mikroorganismen können sich potenzielle Humanpathogene in der Phyllosphäre ansiedeln mit besonderer Bedeutung für den Feldgemüseanbau.

Es gibt derzeit keine umfassenden Studien, die den Einfluss des zu erwartenden Klimawandels auf die Zusammensetzung und Aktivität des Phyllobioms und damit auf Pflanzen untersuchen. Bisher gibt es nur einzelne Studien, die Effekte erhöhter CO2-Konzentrationen auf spezifische Pflanzen- Pathogen Interaktionen zeigen. Unter erhöhtem CO2 wurde in Abhängigkeit von der Pflanzenart und dem phytopathogenen Pilz sowohl eine Abnahme als auch eine Zunahme der Pflanzenerkrankungen beobachtet [44,45], was keine generalisierenden, verlässlichen Aussagen über die tatsächlichen Auswirkungen globaler Veränderungen von CO2 und Temperaturprofilen zulässt.

Wissenschaftliche Ziele

1. Untersuchung der Effekte erhöhter CO2-Konzentration auf das Phyllobiom im Dauergrünland (Core-Experiment I), an Reben sowie ausgewählten Feldgemüsekulturen (Core-Experiment II) sowie der Auswirkungen auf Pflanzenwachstum und –gesundheit (in Zusammenarbeit mit AP A3.2)
2. Quantifizierung der Effekte von erhöhtem CO2 auf die Abundanz und Aktivität pflanzenwachstumsfördernder, antagonistischer, sowie phyto- aber auch potentiell humanpathogener Mikroorganismen.