Die Nische ist ein grundlegendes Konzept in der Ökologie, das den Lebensraum einer Art durch eine Reihe von Umwelt- (z. B. Temperatur) und biotischen (z. B. Beute, Wirt) Anforderungen definiert. Es gibt „allgemeine“ Arten, die unter einer Vielzahl von Bedingungen mit unterschiedlichen Ressourcen überleben können, und „spezialisierte“ Arten, die engere Anforderungen und Toleranzen haben. Die Nischentheorie ist bei Pflanzenkrankheiten viel weniger verstanden.

Thomas Chaloner und Kollegen an der University of Exeter untersuchten den Temperatur- und Wirtsbereich für Hunderte von pflanzenpathogenen Pilzen und Oomyceten. Die Forscher enthüllten, dass Temperaturreaktionen für in vitro Wachstum in Kultur unterscheiden sich von denen, die Wechselwirkungen mit Wirtsspezies beinhalten, wie z. B. Infektion und Krankheitsentwicklung. Sie fanden auch heraus, dass mehr Pflanzenwirte nicht zu einem größeren Temperaturbereich für eine Pflanzenkrankheit führen. Thomas Chaloner ist ein Doktorand, der unter der Leitung von Prof. Dan Bebber (Hauptautor) und Prof. Sarah Gurr (Co-Autor) an der University of Exeter die Temperaturökologie von Pflanzenpathogenen auf verschiedenen Ebenen der Biologie erforscht.

Chaloner und Kollegen haben einen großen Datensatz zusammengestellt (er wird über verfügbar sein Dryade) von 631 Pilzen und 64 Oomyceten und 15,982 Wirten von 309 Krankheitserregern. Die Forscher stellten die minimalen, optimalen und maximalen Temperaturen, die als "Kardinaltemperaturen" bezeichnet werden, von fünf Lebenszyklusprozessen (Krankheitsentwicklung, Fruchtbildung, Infektion, Sporenkeimung und Sporulation) zusammen in vitro Wachstum von Pflanzenkrankheiten mit Togashis Buch, und frühere Forschungsergebnisse aus 2007 und 2012. Für alle Mikroben wurden Wärmeleistungskurven berechnet und der Einfluss der geografischen Verbreitung und Kophylogenese mit Wirtspflanzen untersucht Phytophthora Spezies.

„Diese Arbeit begann, bevor ich 2015 mit meiner Promotion begann, als Prof. Dan Bebber Togashi, K., Biologische Eigenschaften von Pflanzenpathogenen: Temperaturbeziehungen, von einem Antiquariat in Paris bezog.“ sagte Chaloner in einem Interview für Botany One. „Dieses Buch ist sehr selten und enthält Daten zur Temperaturreaktion von Pflanzenpathogenen, die der wissenschaftlichen Gemeinschaft bisher nur schwer zugänglich waren. Das Papier entwickelte sich dann natürlich, als wir die verschiedenen bereits vorhandenen Datensätze berücksichtigten, die uns zur Untersuchung der Nischengeometrie und -evolution zur Verfügung standen.“

Chaloner sagte, dass die größte Herausforderung dieser Studie „wahrscheinlich der schiere Umfang der Analyse war. Die Studie verwendet beispielsweise verschiedene bereits vorhandene Datensätze, bei denen sich die Artennamen aufgrund einer sich ändernden Binomialnomenklatur unterscheiden können, sodass es ein komplexer Prozess war, sicherzustellen, dass die verschiedenen Datensätze miteinander übereinstimmen.“

Die Wissenschaftler nutzten die Indexpilz Und assoziiert Art Fungorum Datenbanken sowie die Mykobank Datenbank zur Überprüfung der Artnamen und sie griffen darauf zu Plantwise-Datenbank (CABI) für Aufzeichnungen über Erreger-Wirt-Interaktionen. Zuerst identifizierten sie 1,016 Wirte von 302 Krankheitserregern, aber als die Wirtspflanzen nicht bis auf Artebene (z. B. Ordnungsebene) identifiziert wurden, wurden alle Pflanzenarten als potenzielle Wirte hinzugefügt. Nach diesen Annahmen identifizierten sie 15,982 Wirte von 309 Krankheitserregern.

Die Ergebnisse zeigten eine große Überschneidung zwischen den Kardinaltemperaturen von Pilzen und Oomyceten für Lebenszyklusprozesse. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die biologischen Prozesse, insbesondere das Kulturwachstum und die Sporenkeimung, bei höheren Temperaturen stärker reduziert waren als bei niedrigeren Temperaturen. Die Studie liefert empirische Belege für Hutchinsons Unterscheidung zwischen der fundamentalen Nische und der realisierten Nische, wobei letztere durch Wechselwirkungen mit anderen Arten begrenzt ist. Auch Krankheitserreger mit vielfältigeren Wirtspflanzen nicht haben einen größeren Temperaturbereich. Im Vergleich dazu ist der Temperaturbereich von 101 Phytophthora variiert an den gleichen Orten, was auf eine hohe allgemeine Anpassungsfähigkeit hindeutet. Die weitere Analyse von 35 Phytopthotra Arten zeigten Co-Phylogenie (ähnliche Divergenz) mit ihren Wirten.

„Unsere Analysen zeigen, dass Pflanzenpathogene eine bemerkenswerte Anpassungsfähigkeit an neue Klimazonen und neue Pflanzenwirte zeigen. Generalisten werden manchmal als „Alleskönner, Meister in nichts“ bezeichnet. Unsere Analysen zeigen, dass viele Pflanzenpathogene 'Jack of' sind einige Handwerk, Meister Extras'. Diese Abkehr vom traditionellen Denken finde ich besonders spannend.“ Er fügte hinzu: „Ich denke auch, dass Pflanzenpathogene eine sehr interessante und handhabbare Gruppe von Arten sind, um Hypothesen zu untersuchen, die für Ökologie und Evolution von grundlegender Bedeutung sind“, sagte Chaloner.

Diese Forschung beantwortete in der Tat viele Fragen zur Rolle von Temperatur und Pflanzenwirten bei der Verbreitung und Entwicklung von Pflanzenkrankheiten. Was als nächstes?

„Ich nähere mich dem Ende meiner Promotion und fange an, darüber nachzudenken, was ich als nächstes tun möchte. Ich erwäge, mich für ein unabhängiges Forschungsstipendium zu bewerben, um weiter an der Temperaturökologie von Pflanzenpathogenen zu arbeiten, versuche aber, mir meine Optionen so offen wie möglich zu halten“, sagte Chaloner.

„Wir leben in einer Ära der wachsenden Weltbevölkerung, des Klimawandels und aufkommender Bedrohungen für die Pflanzenproduktion und die Ernährungssicherheit. Wir hoffen, dass unser Artikel die Diskussion darüber anregt, wie wichtig es ist, die Prozesse zu verstehen, die es Pflanzenpathogenen ermöglichen, sich räumlich und zeitlich auszubreiten und Krankheiten zu verursachen.“