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Verknüpfung von Populus nigra Metabotypen mit genetischer Variation und Pflanze-Herbivoren-Interaktionen

Die Schwarzpappel (Populus nigra) ist reich an spezialisierten Metaboliten, was sie zu einem erstklassigen Kandidaten für die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Herbivoren macht. In der ersten Förderperiode wurden die chemische Diversität und die phänotypische Plastizität von Schwarzpappelblättern als Reaktion auf die Nahrungsaufnahme durch Lymantria dispar untersucht, wobei der Schwerpunkt auf flüchtigen und nichtflüchtigen Metaboliten sowie genotypabhängigen Veränderungen der Genexpression als Reaktion auf die Nahrungsaufnahme lag. Die bisherigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Terpenemissionen und die Auswirkungen der Fütterung auf die Stoffwechselzusammensetzung zwischen den Genotypen variieren und von bioklimatischen und geografischen Faktoren beeinflusst werden.

In der zweiten Förderperiode werden wir uns auf die Analyse der Chemodiversität in verschiedenen Pappelgeweben (Blätter unterschiedlichen Alters, Wurzeln, Phloem und Xylem) und den Aufbau eines „Stoffwechselatlas“ zur Kartierung metabolischer Netzwerke konzentrieren. Dieser Ansatz steht im Einklang mit früheren Arbeiten zu Pappel-Transkriptom-Netzwerken im Kontext des Hitze-/Trockenstressgedächtnisses. Darauf aufbauend werden wir die intraspezifische Chemodiversität und Plastizität in Organen und Geweben der Schwarzpappel unter verschiedenen abiotischen und biotischen Bedingungen untersuchen, wobei wir uns auf Trockenstress und ober- und unterirdische Herbivore konzentrieren. Das Projekt wird Nicht-Ziel-Metabolomik einsetzen, um die metabolische Grundlage dieser Reaktionen zu verstehen. Es wird angenommen, dass Trockenstress die Dynamik zwischen Pflanzen und Herbivoren durch Änderungen in der Ressourcenzuteilung verändert und zu organspezifischen Anpassungen metabolomischer Netzwerke führt. Gemeinsame Chemodiversitäts-Plastizitätsexperimente werden mit allen Partnern des RU in den Klimakammern von Helmholtz München durchgeführt, um metabolische Anpassungsmechanismen in Schwarzpappel, Rainfarn und Bittersüßem Nachtschatten vergleichend zu analysieren und die Gesamtrolle der Chemodiversität bei der Stressanpassung zu verstehen.