Multitrophic interactions in oak

Mit der vorliegenden Dissertation konnte ich die Bedeutung von trophischen Interaktion, als Wechselwirkung zwischen Arten darstellen. Betrachtet man dies von der Seite der Pflanzen aus, zeigen sich sowohl Effekte wie Verteidigungsreaktionen, Änderungen in der Nährstoffverteilung innerhalb der Pflan...

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Bibliographic Details
Main Author: Bacht, Michael
Contributors: Schädler, Martin (Dr. habil.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2015
Biologie
Subjects:
oak
RNS
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Mit der vorliegenden Dissertation konnte ich die Bedeutung von trophischen Interaktion, als Wechselwirkung zwischen Arten darstellen. Betrachtet man dies von der Seite der Pflanzen aus, zeigen sich sowohl Effekte wie Verteidigungsreaktionen, Änderungen in der Nährstoffverteilung innerhalb der Pflanze als auch interagierende Effekte. Die Komplexität natürlicher Habitate hat es bisher sehr schwierig gemacht solche Interaktionen zu untersuchen. Die Möglichkeit ein komplexes System ins Labor zu bringen und Untersuchungen unter kontrollierten Bedingungen mit mehreren Faktoren durchführen zu können, stellt einen großen Vorteil dar und soll im Folgenden näher beleuchtet werden. Das erste Kapitel dieser Dissertation ist einer allgemeinen Einleitung in das Thema gewidmet. Im zweiten Kapitel stelle ich das experimentelle System näher vor. Des Weiteren beschreibe ich die Konstruktion der verlässlichen Referenzdatenbank OakContigDF159.1, welche das Studium von Genexpression auf Gesamttranskriptom-Ebene ermöglicht. Damit das Referenztranskriptom eine möglichst hohe Anzahl an Transkripten aus dem Genom der Stieleiche (Quercus robur) beinhaltet, behandelten wir microcuttings der Stieleiche mit insgesamt sieben Arten, welche jeweils eine andere Form der trophischen Interaktion mit der Eiche eingehen. Zusätzlich einer Kontrolle wurden die microcuttings Piloderma croceum, Lymantria dispar, Protaphorura armata, Microsphaera alphitoides, Pratylenchus penetrans, Phytophthora quercina and Streptomyces AcH 505 ausgesetzt. Normalisierung und anschließende Sequenzierung mittels Illumina und 454 Pyro-Sequenzierung resultierten, nach Nachbereitung mit MIRA und Trinity assembler, in der OakContigDF159.1 Datenbank. Im dritten Kapitel untersuche ich mit Hilfe der Referenzdatenbank OakContigDF159.1 differenzielle Genexpression, sowie Änderungen in der Nährstoffverteilung. Hierzu habe ich ein multifaktorielles Experiment mit Piloderma croceum und Lymantria dispar durchgeführt. Die Versuchspflanzen wurden im Vorfeld mit den stabilen Isotopen 13C und 15N markiert, um nach der Ernte den Isotopen-Überschuss mit einer unmarkierten Kontrolle zu vergleichen und mittels einer 3-faktoriellen ANOVA zu analysieren. Zusätzlich wurde die Gesamt-RNA extrahiert und mittels Illumina sequenziert. Die enhaltenen cDNA-Bibliotheken habe ich an die Referenzdatenbank angepasst und erhielt so 35 Transcriptome welche ich weiterhin zur paarweisen Berechnung von differentieller Genexpression verwendete. Pflanzen die mit dem Mykorrhizapilz Piloderma croceum inokuliert waren, zeigten starke prämykorrhizale Effekte, welche sich z.B. in einer Erhöhung der Biomasse zeigten. Herbivorie verursachte von Genen die mit kompensatorischem Wachstum in Verbindung stehen, sowie eine verstärkte Expression von Primär-Verteidigungs Genen. Dieser Effekt wurde durch inokulierung mit P. croceum abgeschwächt. Die Expressionsdaten ließen zudem bei inokulierten und befressenen Eichen auf eine erhöhte produktion von volativen organischen Substanzen schließen, die der Attraktion von Fraßfeinden der Herbivoren dienen. Zusätzlich zeigte sich bei Pflanzen mit Herbivorenfraß eine erhöhte Aufnahme von 13C and 15N in junge Blätter, wohingegen sich die Aufnahme von 13C in reife Blätter durch Herbivory verringert zeigte. Auf diesen Ergebnissen folgerte ich, dass eine Interaktion mit einem Ekto-Mykorrhiza Pilz, selbst in einem frühen Stadium der Symbiose, deutliche Effekte auf das Abwehrverhalten einer Pflanze haben kann. Hier wurde die heftige Abwehrreaktion, inkl. kompensatorischen Wachstums, durch den Pilz abgeschwächt und sogar verlagert auf Mechanismen der sekundären Abwehr. Die Gegenwart des Pilzes scheint eine “beruhigende“ Wirkung auf die Pflanze auszuüben. Das vierte Kapitel ist der genaueren Untersuchung der ober- und unterirdischen Wechselwirkungen der verschieden trophischen Partner gewidmet. Hierzu führte ich ein multifaktorielles Experiment mit den trophischen Partnern Piloderma croceum, Lymantria dispar und Protaphorura armata durch. Auch hier fand ich starke prä-mykorrhizale Effekte, sich die in einer Erhöhung der Biomasse, analog zu einer erhöhten Einlagerung von 13C and 15N in P. croceum inokulierten Eichen zeigten. Weiterhin zeigte sich eine Erhöhung der Biomasse bei Eichen die L. dispar ausgesetzt waren. Obwohl ich keine Anzeichen für eine Interaktion der ober- und unterirdischen Interaktoren der Eiche fand, hatten alle Faktoren einzeln betrachtet deutlichen Einfluss auf die Nährstoffverteilung. Ich konnte keine Hinweise von Hyphenfraß durch Collembolen finden, ebenso konnte ich keine negativen Effekte der Collembolenpopulation auf inokulierte Eichen feststellen. Im Gegenteil zeigte sich eine erhöhte Nährstoffaufnahme, was ich als Hinweis auf gesteigerte Nährstoffmineralisierung durch die Collembolen deutete.
Physical Description:151 Pages
DOI:https://doi.org/10.17192/z2016.0057