Etho-metabolomics, species-comparison approach to decipher the impact of arbuscular mycorrhiza on performance and behavioural traits of shoot herbivorous insects and underlying mechanisms of the interactions

• Applicant: Professorin Dr. Caroline Müller
• Subject Area: Ecology and Biodiversity of Animals and Ecosystems, Organismic Interactions
• Term: from 2013 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 237974551

Die Futterqualität für Herbivoren steht im engen Zusammenhang zur Metabolitenzusammensetzung ihrer Wirtspflanzen. Herbivoren treffen auf eine enorme Variabilität in der Eignung ihrer Futterpflanzen, da deren Metabolome in ihrer qualitativen und quantitativen Zusammensetzung durch verschiedenste Umweltfaktoren beeinträchtigt sind. Einer der wichtigsten Umweltfaktoren, die den pflanzlichen Mineralhaushalt und damit die Blattqualität weitreichend prägen, ist die Wurzelsymbiose mit arbuskulären Mykorrhizapilzen (AMP), in der die Mykosymbionten im Austausch für Photoassimilate die pflanzliche Mineral- und Wasserversorgung verbessern. Über generelle bzw. Art-spezifische Pflanzenantworten des oberirdischen Pflanzenmaterials und insbesondere des Phloems bezüglich des metabolischen, molekularen und Versorgungszustandes infolge arbuskulärer Mykorrhizierung bestehen nahezu keine Erkenntnisse. Daher beabsichtigen wir in einem vergleichenden Etho-Metabolomics-Ansatz, unter Einbeziehung von sowohl drei mykotrophen Pflanzen- (zwei Plantaginaceae, eine Fabaceae) als auch vier Herbivorenarten (zwei Lepidoptera, zwei Homoptera), klassische und metabolisch-molekulare Pflanzenphänotypisierungen mit Herbivorentests und Biotest-gesteuerter Fraktionierung zu kombinieren. Insbesondere wollen wir die Plastizität der Entwicklung und des Verhaltens kauend-beißender sowie Phloem-saugender Herbivoren auf Rhizophagus intraradices-kolonisierten AM- vs. nicht-mykorrhizierten (NM)-Pflanzen bestimmen, voneinander abgrenzen und verstehen. Unsere Ziele sind I. die Differenzierung zwischen AM-assoziierten generellen (nutzbar als AM-Marker) und Art-spezifischen Pflanzenantworten im Blattgewebe und insbesondere im Phloem, II. die Bestimmung genereller AM-vermittelter Effekte nicht nur bezüglich der Herbivorenentwicklung, sondern auch der Präferenz und der gesamten Verhaltensphänotypen generalistischer Insektenarten, die sich entweder vom Blatt oder vom Phloem ernähren und III. die Isolierung einzelner Metaboliten oder Metabolitengemische, welche die AM-abhängigen Modifikationen der Insektenentwicklung und ihres Verhaltens prägen. Insbesondere für Plantago major bietet der vorgeschlagene experimentelle und analytische Ansatz die Möglichkeit, räumlich-zeitlich dynamische Änderungen der Metabolitenprofile und Einzelkomponenten aus Blattgewebe und Phloem zu verfolgen sowie ihren Einfluss auf Herbivoreneigenschaften im Abgleich zu verschiedenen AM-Stadien und der Kolonisierungsdichte detailliert zu untersuchen. Zusammenfassend kann damit ein umfassendes Bild der Mechanismen hinter den AM-vermittelten systemischen Metabolitänderungen in Pflanzenmaterial sowie deren generellen und spezifischen Konsequenzen bezüglich der Entwicklung und des Verhaltens von Sprossherbivoren mit unterschiedlichen Fraßmodi etabliert werden.

• DFG Programme: Research Grants