Diversity and function of basidiomycetes as symbiotes of orchids and ericaceous plants in the tropical mountain forrest of southern ecuador
Final Report Abstract
Epiphytische Orchideen und hemiepiphytische Ericaceen sind im tropischen Bergregenwald von Südecuador sehr häufig und treten jeweils in einer großen Zahl nah verwandter Arten auf. Über die Pilz-Wurzel-Symbiosen (Mykorrhiza) der meist endemischen Arten war nichts bekannt, die Mykorrhizierung epiphytischer Orchideen insgesamt unsicher. Bei unserer ersten Probenahme zur Untersuchung von Baummykorrhizen im Jahr 2001 entdeckten wir zufällig einen zuvor nicht bekannten Mykorrhizatyp an Cavendishia bracteata, eine der hemiepiphytischen Ericaceen, die, wie wir auf Grund des Mykorrhizatyps postulierten, zwischenzeitlich auch molekular-phylogenetisch als eigene, andine Gruppe der Ericaceen eingestuft wurden. Die Forschungsarbeiten sollten zunächst einmal den Mykorrhizastatus beider Pflanzengruppen klären, die beteiligten Pilze identifizieren und Diversität sowie Spezifität oder Redundanz bezüglich der Wirtsbindung dokumentieren. Auf der Grundlage dieser Kenntnisse sollten Folgerungen über spezifische Einnischungen bzw. potentielle pilzliche Netzwerke zwischen Individuen und Arten gezogen und die Bedeutung der Mykorrhiza für die Entstehung und den Erhalt der großen Artenvielfalt im tropischen Bergregenwald Südecuadors beurteilt werden. Die Kenntnisse der Pilzsymbionten sollten auch bei der Kultivierung von Orchideen und Ericaceen in Ecuador eingesetzt werden. Es wurden Wurzeln von 83 Individuen von 4 Orchideenarten aus der Unterfamilie Pleurothallidinae und von 20 Ericaceenarten im Gebiet der Reserva Biológica San Francisco (RBSF, Provinz Zamora-Chinchipe, 3°58´ S, 79°04´ W) gesammelt, die Strukturen der Mykorrhizen anatomisch und ultrastrukturell dokumentiert und die Pilzsymbionten mittels Sequenzen der D1/D2 Region der LSU, sowie der 5.8-ITS1 identifiziert. Die Wurzeln der epiphytischen Orchideen waren ausschließlich, aber stetig an den Kontaktstellen zur Baumrinde mit Pilzen assoziiert. Während das Velamen, eine der Wasserspeicherung dienende Hüllschicht toter Zellen, von Ascomyceten und Basidiomyceten dicht besiedelt wird, gehören die echten Pilzsymbionten, die die Rindenzellen der Wurzel in orchideen-typischer Weise besiedeln, ausschließlich zu den Basidiomyceten der Gruppen Tulasnellales, Sebacinales und - sehr selten - Ceratobasidiales. Die ultrastrukturellen Befunde von typischen Merkmalen dieser Pilzgruppen wurden durch die molekular-phylogenetischen Analysen bestätigt. Insgesamt wurden 13 Tulasnellales und 8 Sebacinales Sequenztypen gefunden, eine überraschend hohe Vielfalt, die unspezifisch mit den vier untersuchten Orchideenarten assoziiert waren, aber, wie die Orchideen, ökologisch unterschiedliche Höhenlagen bevorzugten. An allen 15 Ericceenarten der andinen Gruppe wurde der von uns neu beschriebene, cavendishioide Mykorrhizatyp gefunden, während die 5 untersuchten nicht-andinen Ericaceen im Untersuchungsgebiet die bekannte, ericoide Mykorrhiza aufwiesen. Dominante Pilzpartner der andinen Ericaceengruppe sind nach unseren ultrastrukturellen und molekular-phylogenetischen Ergebnissen Sebacinales (xx Sequenzen), während in den nicht-andinen, buschförmigen Ericaceen Ascomyceten dominieren. Ein Vergleich der DNA-Sequenzen der Sebacinales von Orchideen und Ericaceen aus dem Untersuchungsgebiet und nach weltweiter Verbreitung zeigte, dass alle Sequenzen neu waren, gut unterstützte, eigene Gruppen bildeten, die weder mit den Mykorrhizapilzen terrestrischer Orchideen, noch zwischen den Pilzpartnern der Orchideen und der Ericaceen übereinstimmten. Die Ergebnisse weisen auf eine Coevolution von Mykobionten und Pflanzen im andinen, tropischen Bergregenwald hin. Eine Übertragbarkeit der Sebacinales zwischen Ericaceen und Orchideen ist höchst unwahrscheinlich. Eine Förderung des Erhalts nahverwandter Arten innerhalb der Familien durch zahlreiche, relativ unspezifische Mykobionten kann aber postuliert werden. Versuche zur Isolierung der Mykorrhizepilze waren bisher nur für Tulasnellales erfolgreich. Die drei Tulasnella-Isolate wachsen aber noch zu langsam, um für die Mikropropagation von Orchideen eingesetzt zu werden. Die Untersuchungen der Orchideenmykorrhizen wurden von einem wissenschaftlichen Mitarbeiter der Universidad Técnica Particular de Loja im Rahmen einer Dissertation durchgeführt. Gleichzeitig wurde das Molekularlabor dieser Universität aufgebaut, sodass jetzt alle molekularen Forschungsarbeiten vor Ort weitergeführt werden können.
Publications
- Members of Sebacinales subgroup B form mycorrhizae with epiphytic orchids in a neotropical mountain rain forest. Mycological Progress
Suárez JP, Weiß M, Abele A, Oberwinkler F, Kottke I
- (2006) Anatomy and ultrastructure of mycorrhizal associations of neotropical Ericaceae. Mycological Progress 5: 243-254
Setaro, S., Oberwinkler, F. & Kottke, I.
- (2006) Diverse tulasnelloid fungi form mycorrhizas with epiphytic orchids in an Andean cloud forest. Mycological Research 110: 1257-1270
Suárez JP, Weiß M, Abele A, Garnica S, Oberwinkler F, Kottke I
- (2006) Sebacinales form ectendomycorrhizas with Cavendishia nobilis, a member of the Andean clade of Ericaceae, in the mountain rain forest of southern Ecuador. New Phytologist 169: 355-365
Setaro, S., Weiß, M., Oberwinkler, F. & Kottke, I.
