Temperatureffekte auf Pollenqualität und ihre Konsequenzen für Samenreproduktion der wilden Pflanzen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Poschlod, seit 12/2022
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Entwicklungsbiologie ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422710605

Die enge Verknüpfung zwischen Umwelteinflüssen und dem sexuellen Reproduktionserfolg von Pflanzen ist schon lange bekannt, trifft aber vor allem in den letzten zwei Jahrzehnten im Zuge des Klimawandels auf verstärktes Interesse. Besonders deutlich wurden dabei die negativen Einflüsse des Klimawandels auf Kulturpflanzen in Form von kurzfristigen Ernteausfällen oder dem längerfristigen Rückgang des Samenertrags. Zahlreiche Studien belegen, dass die durch den Klimawandel ausgelöste Variation in Samenqualität und Quantität unweigerlich zu Veränderungen in der Pflanzenbiologie, Ökologie und Verbreitung führt.Betrachtet man die verschiedenen Stadien der Samenproduktion, so hat sich gezeigt, dass der Pollen das temperaturempfindlichste und damit limitierende Stadium innerhalb der sexuellen Reproduktion bei Pflanzen ist. Da die ungeschützten männlichen Gametophyten den harschen Umweltbedingungen direkt ausgesetzt sind, neigen Pflanzen unter Temperaturstress dazu, weniger und qualitativ schlechteren Pollen zu produzieren. Um mit diesem Stress umzugehen, haben Pflanzen Strategien auf verschiedenen Ebenen entwickelt. Um die Befruchtung sicher zu stellen, können sie eine hohe Plastizität in ihrer Reaktion auf Umweltveränderungen aufweisen. Aufgrund zahlreicher Wissenslücken (z.B. bisher fast nur biochemische und physiologische Studien, fast ausschließlicher Fokus auf Modell- und Kulturpflanzen) wissen wir noch nicht, wie variabel die Entwicklung der männlichen Gametophyten in Bezug auf unterschiedliche Temperaturbedingungen tatsächlich ist und bis zu welchem Grade die Pflanzen dadurch in der Lage sind, ihre Samenproduktion an sich ändernde Umweltbedingungen anzupassen. In diesem Projekt wollen wir deshalb die Temperatureffekte auf die „Qualität“ der Pollen (PP = „pollen performance“; insgesamt zehn funktionelle Merkmale des männlichen Gametophyten, die die erfolgreiche Befruchtung ermöglichen) bei Wildpflanzen auf intraspezifischer und interspezifischer Ebene im Detail untersuchen und wie sich diese auf den Erfolg der Samenreproduktion auswirken.Die konkreten Ziele der Arbeit sind: 1) die Schätzung der individuellen PP in Bezug auf die interannuelle Variation der Wetterbedingungen, 2) die Untersuchung der interspezifischen Variabilität der PP in Wildpflanzenpopulationen, 3) die Bewertung der Anpassungsfähigkeit der PP bei Hochtemperaturstress auf Populations- und Artebene und 4) die Ermittlung der oberen Temperaturlimits der PP und Schätzung ihrer Variation entlang von klimatischen Gradienten.Die Projektergebnisse lassen es zu, ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln, wie sich dieser reproduktive Prozess mit dem fortschreitenden Klimawandel auf die Samenproduktion und damit die zukünftige Verbreitung von Pflanzenarten auswirken kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Sergey Rosbakh, Ph.D., bis 12/2022