Hypocrea/Trichoderma: Bioressourcen aus Südeuropa

Hypocrea ist eine Gattung der Ascomycota (Schlauchpilze), besser bekannt in ihrer asexuellen Schimmelpilz-Form Trichoderma, deren Arten hohe wirtschaftliche und ökologische Bedeutung aufweisen, als Quellen industriell verwendeter Enzyme, als Quellen von Pharmazeutika und Mycotoxinen, als biologische Schädlingsbekämpfungsmittel phytopathogener Pilze, aber auch als Bedrohung von Speisepilzkulturen und der menschlichen Gesundheit. Hypocrea-Arten stellen daher wertvolle biologische Ressourcen dar. Um diese und vor allem neue, mit neuen Fähigkeiten ausgestattete Ressourcen nutzen zu können, müssen sie in der Natur aufgespürt und in Lebendkultursammlungen konserviert werden. Zudem muß ihre Taxonomie und systematische Position klar definiert und charakterisiert werden, damit man sie von anderen Arten unterscheiden und wiedererkennen kann. Über die Biodiversität und Ökologie der Gattung auf der Bodenoberfläche ist nur wenig bekannt, weil die Forschung größtenteils an Bodenisolaten durchgeführt wurde. Die Hypocrea-Teleomorphe kommen auf totem Pflanzenmaterial und Pilzen vor. Aufgrund ihrer geringen morphologischen Variabilität ist eine sichere Identifizierung der Hypocrea-Arten nur durch Analyse von Gensequenzen aus DNA möglich, die aus Kulturen extrahiert wird, welche durch Isolierung von Ascosporen der Hypocrea-Teleomorphe hergestellt werden. In einem vorangegangenen Projekt wurden Hypocrea-Teleomorphe in 14 europäischen Ländern mit temperatem Klima gesammelt und identifiziert. Eine Reihe unerwarterer Ergebnisse resultieren aus dieser Arbeit. Die Biodiversität der Arten, die Hypocrea-Teleomorphe bilden, übertrifft demnach die Biodiversität von Trichoderma im Boden und übersteigt die Erwartungen hinsichtlich der Artenzahl beträchtlich: 75 gegenüber ca. 20 erwarteter Arten, davon 30 neu für die Wissenschaft. Alle Teleomorph-bildenden Arten werden in einer Monographie beschrieben. Trotz der bisherigen Anstrengungen wissen wir nichts über die Gattung in wärmeren Gebieten Europas, im Besonderen mediterrane und makaronesische Regionen, welche einige Biodiversitäts-Hotspots aufweisen. Nur zwei Untersuchungen an bodenbewohnenden Trichoderma-Anamorphen wurden auf Sardinien und Teneriffa durchgeführt, wobei diese im Lichte der obigen Ergebnisse keineswegs als repräsentativ für die Mykoflora oberhalb der Rhizosphäre gelten können. Außerdem nimmt in den letzten Jahren die Anzahl von Waldbränden und langer Trockenperioden in Südeuropa zu, was zu einer Bedrohung von Pilz-Habitaten führt. Das neue Projekt dient daher dazu (1) die Biodiversität von Hypocrea in Regionen zu analysieren, deren Klimata und Pflanzendiversitäten grundlegend vom temperaten Europa abweichen, (2) endemische und andere neue Arten, die sich auf Inseln aufgrund geographischer Isolation entwickelt haben sollten, aufzuspüren, zu beschreiben und als Lebendkultur zu konservieren, (3) die molekulare Artenabgrenzung durch Entwicklung neuer phylogenetischer Marker zu verbessern, und (4) die Ökologie aller identifizierten Arten zu analysieren und zu dokumentieren.

Dieses Projekt ist der dritte Teil einer Serie von Arbeiten, die die ökonomisch wichtige Pilzgattung Trichoderma und einige andere Vertreter der Ordnung Hypocreales in Europa hinsichtlich Diversität, Ökologie und auf DNA-Sequenzen basierende Phylogenie durchleuchten. Es galt hierbei als wichtigste Frage zu beantworten, wie viele und welche Arten auf diesem Kontinent existieren, wobei im vorliegenden Projekt Südeuropa unter Einbeziehung der Kanarischen Inseln untersucht wurde: Aus mehr als 650 in der Natur gesammelten Proben wurden Lebendkulturen hergestellt und bestimmte DNA-Sequenzen ermittelt. Letztere wurden zur Artenabgrenzung und Analyse von Verwandtschaftsverhältnissen verwendet. Damit wurden in Südeuropa 74 klar definierte Trichoderma-Arten detektiert, von denen 30 nach Ermittlung morphologischer sowie Wachstumseigenschaften neu beschrieben wurden. Insgesamt wurden in den 3 Projekten 120 Trichoderma-Arten in Europa nachgewiesen. Kulturen der neuen Arten stellen potentielle Bioressourcen dar und wurden daher in einer offiziellen Stammsammlung (CBS, Utrecht) konserviert, wo sie für weitere Forschungsaktivitäten zur Verfügung stehen. Pilze sind der Allgemeinheit wenig bekannt noch sind sie besonders populär. Generell hinkt die systematische Pilzforschung jener anderer Organismen wie Pflanzen oder Tiere deutlich nach, und noch immer bzw. nach Einführung von Gensequenzen in Artendefinition und -identifizierung vor ca. 20 Jahren umso mehr, werden viele neue Arten und Gattungen entdeckt. Genaue Beobachtung der Organismen auf der einen Seite und chemische Analysen von Sekundärstoffwechselprodukten im natürlichen Ökosystem und im Labor auf der anderen Seite haben wichtige Erkenntnisse über die Koexistenz und Interaktionen der Lebewesen zu Tage gefördert. Solche Erkenntnisse ermöglichen es potentielle Nutzbarkeit bestimmter Organismen abzuleiten. Ein Beispiel dazu: Trichoderma-Arten greifen andere Pilze an und verwenden sie als Nahrungsquelle. Diese Eigenschaft wird in der biologischen Kontrolle von Schadpilzen, zum Beispiel, solche die Krankheiten an Nutzpflanzen verursachen, zunutze gemacht. Trichoderma ist auch deshalb eine bedeutende Pilzgattung, weil diverse Arten eine Vielzahl von Stoffen herstellen können, z.B. Antibiotika (Peptaibole oder Peptaibiotika genannt) und Enzyme wie Cellulasen (zum Abbau von Pflanzenmaterial) oder Chitinasen (zur chemischen Zerlegung von Pilzen). Daher werden sie in verschiedenen Bereichen eingesetzt, wie z.B. in der Textil- und Papierindustrie, aber auch in der Biotreibstoffproduktion. In diesem Projekt haben wie nicht nur die Anzahl der Trichoderma-Arten maßgeblich erhöht, sondern auch den mit 228 Arten bisher vollständigsten Stammbaum der Gattung Trichoderma konstruiert. Erstmals präsentieren wir auch einen gattungsüberspannenden Stammbaum basierend auf einem neu sequenzierten Gen (Acetat-Citrat-Lyase, acl1). Die zahlreichen, in diesem Projekt hergestellten Kulturen haben es uns auch ermöglicht schwierige Artengruppen zu entwirren, zu erhärten, dass Trichoderma eine sehr artenreiche (hyperdiverse) Gattung ist, dass die Artenzahl auf Pflanzen- und Pilzmaterial jene im Boden stark übersteigt und dass das Vorkommen bestimmter Arten stark von ökologischen, zum Beispiel klimatischen Bedingungen abhängt. Dementsprechend unterscheidet sich Südeuropa, besonders Gebiete mit ausgesprochen mediterranen Klimatypen, deutlich von anderen europäischen Regionen hinsichtlich Artenzusammensetzung und -häufigkeit, und nur 37 Trichoderma-Arten wurden in Süd-, Mittel- und Nordeuropa nachgewiesen. Im Laufe dieses Projektes wurden auch mehrere neue Gruppen von Peptaibol-Antibiotika nachgewiesen und die Verteidigung bestimmter Trichoderma-Arten gegen Konkurrenzorganismen wie Bakterien und andere Pilze in der Natur experimentell bestätigt. Aufgrund unserer Arbeit ist Europa nun der bestuntersuchte Kontinent hinsichtlich Artendiversität der Gattung Trichoderma. Diese Projekte schaffen Anreiz für andere Forscher ähnliche Studien in anderen Gebieten durchzuführen und bieten dafür auch fachliche Anleitung. Erkennung, Charakterisierung und Namensgebung von Arten innerhalb schwieriger Komplexe hilft maßgeblich bei der Ergründung widersprüchlicher Ergebnisse bei anwendungsorientierten Untersuchungen wie bei Biokontroll-Feldversuchen oder in der Antibiotika- und Toxinforschung, aber auch bei medizinischen Fragestellungen wie z.B. Infektionen immunkompromittierter Patienten.