Anpassung von pilzlichen Pflanzenparasiten an Wirtspflanzen und Klima als wichtige Faktoren der Mikroevolution - eine Fallstudie an der Akazien Rostpilz-Gattung Raveneila

• Antragsteller: Professor Dr. Dominik Begerow
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254569338

Pilzliche Pflanzenparsiten, wie der Verursacher der Brusone-Krankheit ('rice blast'), der Kaffee- oder der Sojarost, sind für große Ernteausfälle verantwortlich. Neben ihrer zerstörerischen Auswirkung in der Landwirtschaft, werden Parasiten in naturnahen Ökosystemen im Zusammenhang mit der Erhaltung der genetischen Diversität ihrer Wirte diskutiert. Wirt-Parasit-Interaktionen gehören zu den bestuntersuchtesten Systemen in Bezug auf die molekulare Untersuchung der zugrunde liegenden genetischen Interaktionen zwischen den beteiligten Organismen. Ein besseres Verständnis der Evolution von Wirt-Parasit-Interaktionen ist hingegen dringend von erforderlich. Die hohe Wirtsspezifität von einigen Pilzen wie z.B. den Rost- oder Brandpilzen, wird häufig als Ergebnis einer Koevolution interpretiert, jedoch können verschiedene, teilweise konkurrierende Theorien die beobachteten Muster erklären und eine allumfassende Erklärung fehlt bisher. Während sich viele Studien auf die Langzeit-Effekte in Bezug auf parallele Evolution konzentriert haben, sind die verschiedenen Effekte der biotischen (Genotyp des Wirtes) und abiotischen Faktoren (z.B. klimatische Bedingungen) auf die Evolution von Wirt-Parasit-Interaktionen nicht im Detail untersucht. Deshalb möchten wir in dem vorgeschlagenen Projekt den Einfluss von Wirtsspezifität und Klima auf die Mikroevolution eines Akazien-Rostes in Südafrika mit einem populationsgenetischen Ansatz zu entschlüsseln. Der Rostpilz Ravenelia macowaniana befällt zwei verschiedene Baumarten der Gattung Vachellia (Acacia s.l.), die in zwei unterschiedlichen klimatischen Regionen Südafrikas vorkommen und deren Habitate in zwei isolierten Bereichen ineinander übergehen. Eine kreisförmige Probennahme, die beide Wirtsarten in ihren Hauptverbreitungsgebieten umfasst, wird es uns ermöglichen die verschiedenen Effekte auf Populationsebene zu entschlüsseln. Mit Hilfe der Sequenzierung von Genomen mit geringer Deckung von vier Aufsammlungen von Ravenelia macowaniana von beiden Wirtspflanzen in verschiedenen Regionen werden wir hoch variable Mikrosatelliten Marker für die Populationsgenetik entwickeln. Basierend auf einer dichten Probenahme von insgesamt 24 Populationen möchten wir untersuchen ob Wirtsspezifität oder Umweltfaktoren den größeren Einfluss auf den Genotyp der Pflanzenparasiten haben. Das experimentelle Design mit isolierten und überlappenden Populationen der Wirtsbäume in unterschiedlichen Umweltbedingungen wurde gewählt um die Daten in Bezug auf beide Faktoren getrennt und gemeinsam interpretieren zu können. Insgesamt wird unser Projekt also grundlegendes Wissen über die Evolution von wirtsspezifischen Pflanzenparasiten in einer natürliche Umgebung schaffen. Prozesse der Mikroevolution wie lokale Anpassungen, Wirtssprünge und Koevolution die letztlich zu Artbildungen führen können werden so besser verstanden. Die Ergebnisse unserer Studie können darüber hinaus als wichtiges Modell für die Land- und Forstwirtschaft dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südafrika
• Beteiligte Personen: Dr. Riana Jacobs; Dr. Wolfgang Maier; Professor Michael J. Wingfield, Ph.D.