Selektivität in Flechtensymbiosen

Eine populationsgenetische Studie wird vorgeschlagen zur Untersuchung der Symbiontenselektivität in Flechten, neben der (Endo-) Mykorrhiza die verbreitetste Form der pilzlichen Symbiose. Dabei werden drei Flechtenarten als Modellorganismen untersucht, die sich hinsichtlich ihrer Vermehrungsstrategie unterscheiden. Ein hoher Grad an Abhängigkeit wird bei Flechten, die sich vegetativ über Soredien oder Isidien ausbreiten, angenommen, während sexuelle Mycobionten sich mit allen verfügbaren und kompatiblen Algen assoziieren können. Wir werden untersuchen, ob die Photobiontendiversität mit der genotypischen Differenzierung des Pilzpartners korreliert ist. Weiters wird untersucht ob es ein geographisches Muster in der Diversität und der Assoziation der Symbiosepartner gibt. Aus dieser Modellstudie resultieren neue Erkenntnisse über die Rolle der Symbiontenselektivität für die Evolution und die Etablierung der Symbiose.

Flechten sind einzigartig unter den Symbiosen zwischen Pilzen und Algen. Die mutualistische Lebensweise hat zu einer substantiellen evolutionäre Radiation von Pilzen geführt und erlaubt es ihren Algenpartner unter Bedingungen zu leben, die für sie alleine ungeeignet sind. In diesem Projekt haben wir die Symbiontenwahl in Flechten im Detail untersucht. Wir waren an der Frage interessiert, wie groß die Diversität von Algenpartnern in Flechten ist, und ob es einen Zusammenhang mit ökologischen bzw. geographischen Bedingungen gibt, oder mit der Fortpflanzungsstrategie der Pilzpartner, die den Flechten ihre Namen gibt und die Struktur der symbiotischen Organismen diktiert. Wir haben herausgefunden, dass sich Flechtenarten deutlich voneinander unterscheiden bezüglich der Diversität ihrer Algenpartner. In mehreren Fällen fanden wir, dass Krustenflechten mit breiten ökologischen Ansprüchen verschiedene verwandte Algenarten als Symbiosepartner annehmen, während ökologisch spezialisiertere Flechten nur eine Algenart akzeptieren. Letztere Fälle schliessen auch Flechten mit komplexeren Wuchsformen ein. Flechten die verschiedene Algen als Partner nutzen können, zeigen, dass hier auch ein geographisch/klimatischer Zusammenhang bestehen kann. So haben wir gefunden, dass Flechten die in den höheren Lagen der Alpen als auch im Mittelmeer vorkommen, in beiden Gebieten unterschiedliche Partner besitzen. Damit deutet sich an, dass die entsprechenden Algen unterschiedliche ökologische Ansprüche stellen. Auf der anderen Seite zeigt sich besonders bei jenen Algen, die wir in höheren Lagen angetroffen haben, dass Genotypen dieser Arten extrem weit verbreitet sind und sogar auch in der Antarktis gefunden werden können. Generell zeigen unsere Studien, dass die Diversität der Flechtenalgen stark unterschätzt ist, und dass es hier deutlich mehr Arten gibt, als bisher angenommen wurde. Bei unseren Untersuchungen nahe verwandter Flechtenarten, die nur eine Algenart nutzen, zeigte sich auch eine überraschende Vielzahl an Algen-Genotypen innerhalb von Flechtenpopulationen. Hingegen scheint die Seltenheit oder Kurzlebigkeit von freien Algenpartnern in der freien Natur ein Problem zu sein. Viele Flechtenpilze haben es gelöst, indem sie die beide Symbiosepartner gemeinsam ausbreiten. Es zeigt sich aber auch hier eine überraschende Vielfalt an Algen-Genotypen in Flechtenpopulationen. Auch Flechten mit gemeinsamer Ausbreitung beider Partner scheinen in der Lage zu sein, bei Bedarf den Symbiosepartner zu wechseln. Unsere Ergebnisse machen eine Flexibilität der Partnerwahl in Flechtensymbiosen deutlich, die maßgeblich zur Diversifizierung und zum Artenreichtum der Flechtensymbiosen beigetragen haben kann.