Evolution von Pflanzenverteidigung während einer Pflanzeninvasion

01.01.2020 bis 31.12.2022

Biologische Invasionen sind ein zunehmendes globales Problem mit dramatischen ökologischen und wirtschaftlichen Folgen. Um aktuell invasive Arten zu kontrollieren und zukünftige Invasionen zu verhindern, ist es wichtig, die Prozesse zu verstehen, die erfolgreichen biologischen Invasionen zugrunde liegen. Wir wissen zum Beispiel, dass erfolgreiche invasive Arten oft rasch evolvieren und sich an ihre neuen Umweltbedingungen anpassen, insbesondere an veränderten Druck durch Frassfeinde. Die genauen Mechanismen, vom Genom über Pflanzenphänotypen bis zu den organismischen Wechselwirkungen, sind jedoch selten verstanden. Ein tiefergehendes Verständnis einer invasiven Art erfordert zudem eine kontinentübergreifende Perspektive und vergleichende, ökologisch-evolutionäre Studien im heimischen und invasiven Areal. In diesem Projektantrag schlagen wir eine integrative und kontinentübergreifende Studie über die aggressive invasive Pflanze Japanknöterich (Reynoutria japonica) vor, die in ihrem neuen Areal eine drastische Veränderung im Herbivorendruck erfährt. Um die evolutionären Prozesse während dieser Invasion und die zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen, haben wir ein deutsch-chinesisches Team von führenden Invasionsbiologen mit sich ergänzenden Expertisen zusammengestellt. Unser Projekt wird die Vorteile einer laufenden globalen Feldstudie und molekularen Analyse von 200 invasiven Knöterichpopulationen aus dem heimischen (China/Japan) und invasiven (USA/Europa) Areal nutzen. Wir werden auf den Ressourcen dieses Projekts aufbauen und sowohl Herbivorie als auch Herbivorenresistenz der Pflanzen auf globaler Skala untersuchen. Wir werden ausserdem analysieren, wie Herbivorie und Herbivorenresistenz mit der Variation in sekundären Inhaltsstoffen der Pflanzen sowie mit deren (epi-)genomischer Variation und Variation in Genexpression zusammenhängen. Wir werden hierfür Beobachtungsdaten aus dem Feld mit „common-garden“ und experimentellen Ansätzen verbinden, und mit Methoden der Metabolomik und Genomik. Unser Projekt wird einzigartig sein in seiner Kombination aus geografischer Skala und biologischer Tiefe, und es wird wichtige Erkenntnisse über eine der weltweit invasivsten Arten liefern. Wir hoffen, dass unser Projekt auch ein Vorbild für erfolgreiche interkontinentale Zusammenarbeit werden wird.