Rund 80 % der Landpflanzen bilden bekanntlich symbiotische Verbindungen mit Bodenpilzen, die als arbuskuläre Mykorrhizapilze (AM) bekannt sind. Aus dieser Wechselwirkung gewinnt die Pflanze mehrere Vorteile, einschließlich einer verbesserten Aufnahme von Phosphor, der durch den Pilz bereitgestellt wird. Der Pilz wiederum erhält fixierten Kohlenstoff aus der Pflanze, der durch Photosynthese entsteht. Es ist jedoch bekannt, dass Pflanzen darin schlau sind und Symbionten „sanktionieren“ können, die nicht genügend Phosphor im Austausch gegen Kohlenstoff zurückgeben. Wenn dagegen externes CO2 hoch ist, können Pflanzen die Menge an gebundenem Kohlenstoff erhöhen, die sie AM-Pilzpartnern zuweisen.
Obwohl es scheint, dass die symbiotische Interaktion dynamisch angepasst werden kann, verstehen wir immer noch wenig darüber, wie dies funktioniert und welche Auswirkungen andere biotische und abiotische Faktoren auf das Gleichgewicht dieser weltweit wichtigen Symbiose haben. In ihrem kürzlich veröffentlichten Artikel Open Access in Current Biology untersuchen Michael Charters, Steven Sait und Katie Field von der University of Leeds dies wie Insektenfraß und Umwelt-CO2 beeinflussen das Gleichgewicht, das zwischen Weizenpflanzen und AM-Pilzen während ihrer Wechselwirkungen erreicht wird.
Charters und Kollegen variieren die Niveaus des verfügbaren CO2 um die verfügbare Kohlenstoffquelle zu variieren und den Weizenpflanzen Blattläuse hinzuzufügen, um die externe Kohlenstoffsenke zu erhöhen. Die erste überraschende Erkenntnis, die die Autoren machen, ist, dass die Erhöhung des verfügbaren CO2, während die Erhöhung sowohl der Wurzel- als auch der Sprosskohlenstoffgehalte in den Weizenpflanzen nicht zu einer erhöhten Allokation von gebundenem Kohlenstoff an den AM-Pilz führte. Dies widerspricht früheren Studien, die eine erhöhte Kohlenstoffzuweisung an AM-Pilze feststellen, wenn CO2 Niveaus sind hoch.
Charters und Kollegen weisen jedoch darauf hin, dass Weizen für ertragreiche oberirdische Merkmale ausgewählt wurde und dass dies möglicherweise gegen unterirdische Merkmale selektiert wurde, an denen AM-Pilze beteiligt sind. Frühere Studien deuten auf eine erhöhte Kohlenstoffallokation bei höherem CO hin2 Bedingungen wurden mit Wildpflanzen durchgeführt. Die Anwendung von Blattläusen auf die Weizenpflanzen als Kohlenstoffsenke reduzierte die Zuordnung von festem Kohlenstoff zu den AM-Pilzen dramatisch. Im Gegensatz dazu wurde die Zuteilung von Phosphor vom Pilz zur Pflanze nicht beeinträchtigt, obwohl die AM-Pilze von der Pflanze eine kohlenstoffarme Belohnung erhielten.
Die Autoren versuchen, die Kohlenstoffallokation an AM-Pilze wiederherzustellen, die Autoren erhöhen das extern verfügbare CO2 Ebenen kombiniert mit Blattlausbefall. Dies konnte jedoch die Kohlenstoffallokation für AM-Pilze nicht wiederherstellen und führte interessanterweise tatsächlich zu einer erhöhten Übertragung von Phosphor vom Pilz auf die Pflanze. Es scheint also, dass Weizenpflanzen die Kohlenstoffzuweisung an AM-Pilze als Reaktion auf niedriges externes CO reduzieren können2 oder eine starke Kohlenstoffsenke wie Blattlaus-Pflanzenfresser, die mit ihnen interagierenden AM-Pilze revanchieren sich nicht, indem sie die Phosphorzuteilung reduzieren.
Der Grund, warum der AM-Pilz die Phosphorzuweisung an Weizenpflanzen nicht gegenseitig begrenzen kann, ist unklar, aber Charters und Kollegen vermuten, dass dies einfach daran liegen könnte, dass der Pilz in ihrem experimentellen System keine andere Wahl hat. AM-Pilze sind obligate Symbionten, das heißt, sie müssen mit Pflanzen Symbiosen eingehen, um zu überleben. Es gab keine anderen Pflanzen in dem von Charters und Kollegen verwendeten Aufbau, und daher können die Pilze die Phosphorzuweisung an die Weizenpflanzen nicht reduzieren, da es keine alternative Option gibt.
Während Pflanzen von Assoziationen mit AM-Pilzen profitieren, benötigen sie diese nicht unbedingt zum Überleben und können es sich daher leisten, die Kohlenstoffzuweisung zu verringern, wenn CO2 Niedriger oder fester Kohlenstoffgehalt wird durch Insekten-Pflanzenfresser entwässert. Darüber hinaus zeigten die Autoren auch, dass die AM-Pilze die Phosphorallokation an Weizenpflanzen unter Bedingungen mit hohem CO tatsächlich erhöhen2 und hoher Blattlaus-Pflanzenfresser. Ein möglicher Grund dafür ist, dass die AM-Pilze auf die Notwendigkeit einer höheren Pflanzennährstoffaufnahme als Reaktion auf die wachsende Blattlauspopulation reagieren.
Charters und Kollegen betonen, dass zukünftige Studien sich mit den Ergebnissen ihrer Experimente befassen müssen: „Zukünftige Studien müssen nun darauf abzielen, die Wirkung externer biotischer C-Senken auf den Ressourcenaustausch zwischen AM-Pilzen und mehreren Wirtspflanzen (dh mehreren C-Quellen) genauer zu untersuchen komplexe und ökologisch relevante Netzwerke.' Die Ergebnisse dieser Studie unterstreichen die Notwendigkeit, zu versuchen, die komplexeren Realitäten pflanzlicher Ökosysteme in Versuchsanordnungen zu replizieren, und zeigen, dass mehrere biotische und abiotische Faktoren das Gleichgewicht von Pflanzen-AM-Pilze-Symbiosen beeinflussen können. Insektenfresser können daher nicht nur für Pflanzen eine schlechte Nachricht sein, sondern auch für die von ihnen abhängigen Interaktionspartner!
