Fungal diversity in Phragmites australis | Diversität der mit Schilf (Phragmites australis) assoziierten Mycoflora

Plants are naturally colonized by many fungal species that produce effects ranging from beneficial to pathogenic. However, it remains undefined how many of them might be linked with a single host plant. Furthermore, also the composition of plant-associated fungal communities has not been rigorously determined. I investigated these essential issues by employing the perennial wetland grass Phragmites australis as a model. 1991 clones from 15 clone libraries (resulting from DNA of 6 plants) were differentiated by RFLP analyses into 345 OTUs (operational taxonomical units). Non-parametric estimators for total richness, Chao1 and ACE, but also a parametric lognormal model, predicted a total of about 750 OTUs, if the libraries were infinite. 62% of the sequenced OTUs were novel at a threshold of 3%. Several of those represented undocumented fungal species, which included also higher taxonomical levels. In spite of the high diversity of the OTUs, the mycofloras of vegetative organs were dominated by just a few typical fungi, which suggested that competition and niche differentiation influence the composition of plant-associated fungal communities. This was independently supported through nested-PCR assays specifically monitoring two OTUs over three years, which revealed significant preferences for host habitat and host organ. Isolation showed a completly different mycoflora associated with common reed.

Die hier vorgestellte Arbeit untergliedert sich in die drei Teile: molekulare Untersuchung der Pilzdiversität in Schilf, Isolierung schilfassoziierter Pilze und die physiologische Charakterisierung einiger Isolate.Es ist bekannt, dass Pflanzen mit einer Vielzahl verschiedener Pilzarten assoziiert sind, deren Auswirkungen auf den Wirt von mutualistisch bis pathogen reichen können. Bislang ist jedoch ungeklärt, wie viele Arten an einer einzelnen Pflanze vorkommen. Durch die molekulare Untersu-chung schilfassoziierter Pilze über PCR, Klonierung, RFLP-Analysen und Sequenzierung wurden assoziiert mit einzelnen Pflanzen ca. 140 verschiedenen Arten gefunden. Insgesamt ließen sich bei der Untersuchung von drei einzelnen Pflanzen 345 Arten unterscheiden. Parametrische und nicht-parametrische Hochrechnungsverfahren sagen für die untersuchten Pflanzen jedoch insgesamt ca. 750 Arten voraus. Die Sequenzierung der häufigsten Arten zeigte, dass es sich bei 62% um bislang nicht in Datenbanken vertretene Arten handelt, wobei sich einige auf höherem taxonomischem Niveau von bekannten unterscheiden. Nur wenige Arten dominieren in den einzelnen Pflanzenteilen, während ein Großteil der Pilzarten nur ein oder zwei Mal nachgewiesen wurde. Aus dieser dominanzgeprägten Verteilung lässt sich eine auf Kompetition und Nischenbildung beruhende Besiedlung der Pflanzen durch die verschiedenen Arten ableiten. Über spezifische Primer wurde mittels nested-PCR die Verteilung von drei ausgewählten Arten in einem großen Probenansatz (Schilfproben verschiedener Organe, Jahre, Jahreszeiten, Standorte und Habitate) verifiziert. Die damit nachgewiesene Verteilung bestätigte die sich aus der RFLP-Analyse ergebende, wodurch die Ergebnisse dieser Methode abgesichert wurden.Im Gegensatz zur molekularen Vorgehensweise konnten über klassische Isolierungsversuche nur 54 verschiedene Pilzarten von Schilfwurzeln isoliert werden. 14 dieser Arten waren aus Isolierungsversuchen von Schilf aus dem Jahr 1997 bekannt. Sieben der isolierten Arten wurden ebenfalls in der molekularen Untersuchung der Pilzdiversität in Schilf detektiert, wobei es sich bei einem Typ um eine Art handelt, die nur eine geringe Sequenzübereinstimmung mit Datenbankeinträgen aufweist. Durch die Fragmentierung der Wurzeln in 1-2 mm große Fragmente ist es gelungen 17 Arten zu isolieren, deren Sequenz zu weniger als 97% mit Datenbankeinträgen übereinstimmen. 6 Pilzarten, die sowohl molekular als auch klassisch nachgewiesen wurden, wurden für Kompetitionsversuche gegen das Schilfpathogen Pythium phragmitis eingesetzt, wobei sich unterschiedliche Interaktionsformen beobachten ließen. Die Art Cylindrocarpon 4/97-1 zeigte auf Malzagarplatten eine deutliche Hemmung des Pathogens, wobei weitere Untersuchungen zu dieser Interaktion in der Pflanze noch ausstehen.Die hohe Diversität schilfassoziierter Pilze lässt sich vermutlich durch die Besetzung unterschiedlicher Mikronischen innerhalb der Pflanze durch die verschiedenen Arten erklären. Mikronischen können sich u.a. durch die Konzentration verschiedener C-Quellen unterscheiden. Dieser Aspekt wurde exemplarisch für drei nah verwandte Microdochium-Arten, die häufig von Schilfwurzeln isoliert wurden, mithilfe von BIOLOG-Platten untersucht. Dabei zeigte sich, dass 5 C-Quellen ein signifikant verschiedenes Wachstum der Arten bedingen, wobei jedoch nicht geklärt werden konnte, wie diese C-Quellen in der Pflanze verteilt vorliegen.Aus dieser Arbeit geht somit hervor, dass einzelne Schilfpflanzen von einer Großzahl verschiedener Pilzarten besiedelt werden, die zum Teil bestimmte Verteilungsmuster innerhalb der Pflanze aufweisen. Da nur ein Teil dieser Arten mehrfach an Schilf nachzuweisen sind, ergibt sich die Frage nach der Besiedlungsstrategie der einzelnen Arten.