Wussten Sie, dass es weltweit fast 28,500 Orchideenarten gibt? Und wussten Sie, dass Orchideen auf ihre Symbiose angewiesen sind? Mykorrhizapilze für die Ernährung? Diese unglaubliche Vielfalt an Wirtspflanzen und ihren Symbiosepartnern wirft viele Fragen über ihre Koevolution und Abhängigkeit voneinander auf.

Australische Wissenschaftler taten sich zusammen Untersuchen Sie die Verbreitung und das gemeinsame Vorkommen von über 500 Proben von Mykorrhizapilzen (aus der Ceratobasidium Gattung) aus 111 australischen Orchideenarten isoliert. Diese Pilze waren über den Kontinent verstreut, mit bestimmten Orchideenarten assoziiert, konnten aber auch dort gefunden werden, wo ihre Wirtspflanzen nicht wuchsen.

Der leitende Forscher ist Marc Freestone, ein Doktorand an der Australian National University in Forschungsgruppe von Dr. Celeste Linde. Freestone ist ein Orchideenexperte, der sich sehr für das Sparen einsetzt die vom Aussterben bedrohten Lauchorchideen in Australien durch das Verständnis der Pilz-Pflanzen-Beziehungen.

Zwei australische Orchideen, die zu den gehören Flugsaurier und Sarcochilos Gattungen. Quelle: canva

Zwischen 2007 und 2016 isolierten die Forscher 217 Stämme von Mykorrhizapilzen, die zu den gehören Ceratobasidium Gattung aus 70 Orchideenarten von 74 Standorten in Südaustralien. Die Wissenschaftler sequenzierten die DNA der Isolate und fügten ihren taxonomischen Analysen 311 frühere Sequenzen von 55 Orchideenarten hinzu.

Während die oben erwähnten Daten aus der direkten Isolierung von Mykorrhizapilzen aus Orchideen stammten, wollten Freestone und Kollegen auch das Vorhandensein dieser Pilze in Bodenproben überprüfen. Der Australisches Mikrobiom Projekt ist eine öffentlich zugängliche Datenbank der mikrobiellen Vielfalt auf dem gesamten Kontinent, einschließlich Bodenproben von 902 Standorten. Diese Proben wurden auf das Vorhandensein von analysiert Ceratobasidium Spezies.

Basierend auf der Verbreitung der Mykorrhizapilze verwendeten die Forscher ein Artenverteilungsmodell, um zu untersuchen, ob 35 Umweltvariablen (z. B. Temperatur, Niederschlag, Bodenfeuchtigkeit) die Verbreitung einiger weniger Pilze auf dem Kontinent erklären könnten.

Um zu überprüfen, ob diese Mykorrhizapilze die Orchideenkeimung unterstützen, haben Freestone und Kollegen Keimungsversuche für 89 Isolate durchgeführt und frühere Keimungsdaten für andere Stämme verwendet.

Verteilung von Pilz-OTUs und Ceratobasidium papillatum. Quelle: Freestone et al. 2021.

Die Mykorrhizapilze bildeten aufgrund ihrer genetischen Vielfalt 23 Gruppen (sogenannte Operational Taxonomic Units; OTUs). Die Botaniker fanden diese Gruppen im Zusammenhang mit bestimmten Orchideenarten und neun Gruppen sowohl auf der Ost- als auch auf der Westseite Australiens. Gemäß den Keimungsversuchen wurde bestätigt, dass 16 der 17 Gruppen Mykorrhiza sind.

Die Modellierung der Artenverteilung zeigte, dass der mittlere Bodenfeuchtigkeitsindex und der Niederschlag das Vorkommen von Pilzen erklärten, und hob hervor, wo verschiedene Gruppen in Australien zu finden waren.

Verbreitungsmodelle von zwei Mykorrhizapilzgruppen (C und O) schätzen das Artenvorkommen in ganz Australien basierend auf den Umweltbedingungen. Rote Punkte zeigen das Vorkommen des Pilzes in Bodenproben, die weißen die Standorte der Orchideen. Quelle: Freestone et al., 2021

Bei der Überlegung, wo die Pilze und ihr Wirt zu finden sind, stellten die Wissenschaftler fest, dass sich die Pilze oft an Orten befanden, an denen sich die Orchideen nicht befanden.

„Die Anwesenheit von über der Hälfte unserer OTUs in einem kontinentweiten Bodensequenzierungsprojekt legt nahe, dass die Ceratobasidium Pilze, die in dieser Studie identifiziert wurden, werden in ihrer Verbreitung nicht durch ihre Wirtsorchideen eingeschränkt“, schrieben Freestone und Kollegen.

Die Tatsache, dass die meisten Pilzgruppen mit bestimmten Orchideenarten assoziiert waren, ist ein Zeichen für Co-Evolution. Zum Beispiel die Pilzgruppe OTU C, die ausschließlich mit drei Arten unterirdischer Orchideen assoziiert ist, Rizantella, während die Gruppe OTU O zugeordnet waren Flugsaurier Orchideenarten. Trotz ihrer Assoziationen waren die Pilze weiter verbreitet als ihre Partner.

„[D]ie Verbreitung von OTU O erstreckt sich weit über das Verbreitungsgebiet seiner Wirtsorchideen hinaus in allgemein trockenere Teile des Landesinneren des Kontinents und bis nach Nordaustralien, wo seine Wirtsorchideen nicht vorkommen“, erklärten die Forscher.

Während Freestone und Kollegen nur über genügend Daten zum Vorkommen verfügten, um die Verbreitung von zwei Pilzgruppen zu modellieren, könnten zukünftige Studien die Verbreitung anderer Mykorrhizapilze abschätzen. Die Forscher fanden auch einige interessante Pilzarten, von denen bekannt ist, dass sie Krankheiten in Pflanzen verursachen. Beispielsweise ist die Pilzgruppe OTU S für Erdbeersämlinge schwach pathogen.

„[W] wir haben das bestätigt Ceratobasidium In Orchideen nachgewiesene OMF [Orchideen-Mykorrhiza-Pilze] sind eng mit pathogenen [krankheitsverursachenden] Taxa verwandt, und es gibt einige verlockende potenzielle Anwendungen für ein besseres Verständnis der Mechanismen, mit denen Orchideen diese nahezu pathogenen Pilze zu ihrem Vorteil nutzen.“

Frühere Forschungen konzentrierten sich auf eine einzelne Orchideen- oder Mykorrhizapilzart, aber diese Studie ebnet den Weg für zukünftige Studien, um die Beziehungen zwischen Orchideen und Pilzen besser zu verstehen.