Ecology of the core microbiome in natural Lotus corniculatus populations

01.12.2018 bis 30.11.2021

Eine der größten Herausforderungen in der aktuellen Pflanzenwissenschaft ist es, die Diversität und Dynamik pflanzenbewohnender Mikroben zu verstehen. Aus welchen Quellen werden die Pflanzen besiedelt? Welche Mechanismen bestimmen die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften? Wodurch entstehen die Unterschiede im Mikrobiom zwischen Pflanzenorganen, -genotypen und –arten, und zwischen verschiedenen Umwelten? Neue Studien über mikrobielle Lebensmeinschaften der Modellart Arabidopsis thaliana haben eine kleine Untergruppe sogenannter ‚Hub‘-Mikroben entdeckt, die stark vernetzt sind und einen großen Einfluss auf die mikrobielle Struktur und Diversität haben. Diese Studien haben auch gezeigt, dass die ‚Hub‘-Arten wichtig sind für die Verbindungen zwischen Wirtsgenotyp, Umwelt und Mikrobiom. Nichtsdestotrotz ist unser Verständnis der Entstehung und Stabilität dieses Kern- Mikrobioms, und seiner Variabilität in natürlichen Pflanzen¬populationen, bisher noch sehr begrenzt. Um diese Wissenslücken zu füllen, brauchen wir mehr Studien an unterschiedlichen Pflanzenarten, die weit verbreitet sind und von Natur aus unter verschiedenen Umweltbedingungen vorkommen, und wir müssen diese Pflanzenarten auch in situ untersuchen. Wir schlagen hier eine Projekt mit der weit verbreiteten Leguminose Lotus corniculatus vor, die ein wichtiges Element mitteleuropäischer Grünländer ist. Für unser Projekt werden wir die Forschungsplattform der Biodiversitäts-Exploratorien nutzen, in denen L. corniculatus- Populationen auf verschiedenen Böden und unter unterschiedlichen Landnutzungsintensitäten vorkommt. Die einzigartigen Metadaten dieser Plattform werden es uns erlauben, verschiedene Umwelteinflüsse in unsere Analysen mikrobieller Netzwerke von L. corniculatus-Rhizosphären, -Sprosse, -Blüten und -Samen mit einzubeziehen, und so verschiedene Einflußfaktoren natürlicher Mikrobiom-Variation voneinander zu trennen. Einen besondereren Fokus werden wird hierbei auf den zwei grundlegenden Modi der mikrobiellen Übertragung sein: die vertikale Übertragung durch Samen, und die horizontale Übertragung durch Bestäuber und andere Vektoren, oder durch ähnliche Umweltbedingungen. Zudem werden wir unsere mikrobiellen Analysen auch mit der Fitness und dem Genotyp der Pflanzen in Beziehung setzen. Unser Projekt wird großangelegte Felduntersuchungen mit modernen Analysen mikrobieller Netzwerke und einer Serie kontrollierter Experimente verbinden, und somit eine aussergewöhnlich umfassende Studie pflanzenbewohnender Mikroben im ökologischen Kontext darstellen.