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Molekulare Regulierung und ökologische Konsequenzen von Chemodiversität in Solanum dulcamara

Solanum dulcamara Pflanzen produzieren eine Vielzahl von Steroidglykoalkaloiden (SGAs), die Resistenzen gegen Herbivoren und Pathogene vermitteln. In der ersten Phase haben wir zwei Blatt-SGA-Chemotypen, d. h. Pflanzen mit SGAs, die an der C5,6-Bindung ungesättigt sind (U), und solche, die ebenfalls gesättigte (S) SGAs produzieren, gewählt. Ziel war es, weitere Ebenen von Chemodiversität zu identifizieren und deren ökologischen Folgen zu untersuchen. Mithilfe von LC-qTOF-MS-Analysen stellten wir fest, dass die Metabolitprofile der Wurzeln von U- und S-Chemotypen ähnlicher sind als die ihrer Blätter. Primär- und Adventivwurzeln enthalten unterschiedliche SGAs und produzieren, wie die Blüten, auch sauerstoffhaltige Glykosteroide. Mit synthetischen Steroidverbindungen wird derzeit getestet, wie sich diese strukturellen Unterschiede auf Herbivore auswirken. Ein Feldversuch wurde in Abstimmung mit P1, P5 und P7 angelegt. Manipulation der Häufigkeiten von U- und S-Chemotypen zeigte, dass sowohl der individuelle Chemotyp als auch die Chemodiversität der Plots die Frucht- und Samenproduktion beeinflussen. Diese Daten werden von P9 für Modellierungen genutzt. Mit P8 haben wir das Genom eines S-Chemotyps annotiert. Mithilfe von Herbivoren- und Jasmonat-Induktionsversuchen wurden Gene identifiziert, die an der Regulierung, der Biosynthese und dem Transport von SGAs sowie Terpensynthasen beteiligt sind.

In einer zweiten Phase wollen wir verstehen, wie die Chemodiversität der Wurzeln Interaktionen unter der Erde beeinflusst und wie die intraindividuelle Chemodiversität molekular reguliert wird. Wir werden unsere vergleichenden Analysen der Metabolitprofile von Blättern, Wurzeln und Blüten erweitern, indem wir im Feld gesammelte Individuen von P3 hinzufügen. Mit Hilfe des von P10 entwickelten R-Pakets werden wir analysieren, ob Wurzeln insgesamt eine geringere intraspezifische Chemodiversität aufweisen als Blätter oder Blüten, wie in P1, P3 und P5. Wir schlagen vor, die Erkenntnisse zusammen mit den Projektpartnern in einem Konzeptpapier zu synthetisieren um die grundlegende Frage zu untersuchen, wie ein individueller Chemotyp zu definieren ist. Zusätzlich werden wir untersuchen, wie sich die Chemodiversität der Wurzeln auf die Interaktionen mit Wurzelherbivoren, Nematoden und Mikroben (mit P7) auswirkt. Darüber hinaus werden wir untersuchen, wie sich diese verschiedenen unterirdischen Interaktionen auf die metabolischen Profile der Blätter und oberirdische Herbivoren auswirken. Die Daten über die Entwicklung von Pflanzen und Herbivoren werden zur Modellierung mit P9 geteilt. Schließlich werden wir mit P8 die in der ersten Phase gewonnenen genomischen Daten nutzen, um die molekulare Regulierung der intraindividuellen Variation bei SGAs und Terpenoiden zwischen den Organen einer Pflanze zu analysieren. Wir werden zum Chemodiversität-Plastizität-Experiment beitragen, indem wir u.a. Elementanalysen (C, N, P) durchführen werden.