Impact of Invasion and Environmental Change upon the Microbiome of an Algal Holobiont
Final Report Abstract
Mikrobielle Gemeinschaften, die mit der invasiven Meeresalge Agarophyton vermiculophyllum assoziiert sind, unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung, funktionell und in Bezug auf die Diversität zwischen dem Gewebe (Endobiota) und der Oberfläche (Epibiota). Während die Alpha-Diversität der Epibionten insbesondere durch lokale Standortfaktoren bestimmt wird, variiert die Zusammensetzung der Gemeinschaften auch auf regionalem und kontinentalem Maßstab, sowie zwischen dem heimischen und dem nicht-heimischen Verbreitungsgebiet. In funktioneller Hinsicht sind dagegen neben lokalen Faktoren insbesondere Unterschiede zwischen heimischen und nicht-heimischen Wirtspopulationen von Bedeutung. Dies deutet darauf hin, dass im Verlauf des Invasionsprozesses eine funktionelle Verschiebung in der assoziierten Bakteriengemeinschaft stattgefunden hat. A. vermiculophyllum beherbergt Mikrobioten, die in allen untersuchten Populationen konserviert wurden, was nahelegt, dass der Invasionsprozess der Alge durch diese Begleitbakterien aufgrund spezifischer vorteilhafter Funktionen gefördert worden sein könnte (entsprechend der „accompanied host“-Hypothese, siehe Rodríguez-Echeverría et al. 2011). Gleichzeitig impliziert die hohe Variabilität auf lokaler Ebene aber auch eine gewisse Flexibilität der Wirtsalge gegenüber der mit ihr vergemeinschafteten mikrobiellen Gemeinschaft. Kulturversuche mit aus verschiedenen Populationen stammenden A. vermiculophyllum- Individuen unter identischen Bedingungen bestätigten, dass die Flexibilität gegenüber assoziierten Mikrobionten im nicht-heimischen Bereich zugenommen hat. Wurde die Bakteriengemeinschaft in solchen Experimenten durch Behandlung mit Antibiotika gestört, konnten Wirtsalgen aus allen Populationen funktionierende Lebensgemeinschaften mit Mikroorganismen wiederherstellen. Holobionten aus dem nicht-heimischen Verbreitungsgebiet schnitten jedoch im Vergleich zu ihren heimischen Artgenossen wesentlich besser ab und konfigurierten neue epi- und endophytische Gemeinschaften offenbar adäquater. Epibiotische Gemeinschaften, die von heimischen Wirtsalgen nach Störung unter Laborbedingungen rekonfiguriert wurden, bleiben in ihrer Zusammensetzung den im Feld vorhandenen epibiotischen Gemeinschaften ähnlicher, als Gemeinschaften, die von nicht-heimischen Wirtsalgen rekonfiguriert wurden, was darauf hindeutet, dass heimische Holobionten stärker von der ursprünglichen Gemeinschaft abhängig sind. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit der „generalist host“-Hypothese, die voraussagt, dass eine erhöhte Flexibilität des Wirtes seine Invasivität fördert. Sie deuten ferner darauf hin, dass in A. vermiculophyllum eine Verschiebung zu generalistischeren Wirten den Invasionserfolg der Art begünstigt haben könnte. Zusätzlich zu diesem stärkeren Wirtsgeneralismus zeichnen sich nicht-heimische Populationen auch durch eine stärkere Wirtskontrolle aus, denn nichtheimische Holobionten erwiesen sich unter gleichen Umweltbedingungen insgesamt als deutlich weniger variabel in ihrer Artzusammensetzung als heimische Holobionten. Dieses Muster blieb auch bei erhöhter Temperatur erhalten. Unter zwei verschiedenen thermischen Bedingungen entwickelten sich nichtheimische Holobionten im Vergleich zu heimischen besser obwohl bei der erhöhten Temperatur ein erhöhtes Risiko beobachtet wurde, Krankheitssymptome zu entwickeln.
Publications
- (2019) The use use of photographic color information for high-throughput phenotyping of pigment composition in Agarophyton vermiculophyllum. Cryptogamie Algologie 40:3-13
W.H. Ryan, S. Heiser, M.D. Curtis, C.D. Amsler, T. Bayer, G. Bonthond, G. Wang, F. Weinberger, S.A. Krueger-Hadfield
(See online at https://doi.org/10.5252/cryptogamie-algologie2019v40a7) - (2020): How do microbiota associated with an invasive seaweed vary across scales? Molecular Ecology
G. Bonthond, T. Bayer, S.A. Krueger-Hadfield, F.R. Barboza, M. Nakaoka, M. Valero, G. Wang, S. Künzel, F. Weinberger
(See online at https://doi.org/10.1111/mec.15470) - (2020): Microbial Biogeography and Succession of an Invasive Holobiont. Dissertation for the academic degree Dr. rer. nat., Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Christan-Albrechts-Universität Kiel, 162 pp.
G. Bonthond
