1 — Mykologie

Pflanzenassoziierte und Pflanzenstreu abbauende Pilze

Pilze besiedeln als endophytische Organismen pflanzliches Gewebe oder kolonisieren epiphytisch deren Blatt- oder Sprossoberflächen. Endophytische Pilze besitzen einerseits einen mehr oder weniger starken Einfluss auf die Wirtspflanze selbst, andererseits scheinen sie – quasi als Erstbesiedler – eine gewisse Rolle beim Abbau abgefallener Pflanzenorgane zu spielen. Dabei wird auch der Einfluss pilzlicher Sekundärmetaboliten auf die jeweiligen Interaktionen hin untersucht.  Bei den epiphytischen Pilzen existiert eine Vielzahl antagonistischer Taxa, wie z. B. die Echten Mehltaupilze (Erysiphales) als auch saprotropher Arten, wie die Rußtaupilze, welche unterschiedlichen phylogenetischen Taxa zuzuordnen sind.

Die Zusammensetzung assoziierter Pilzvergesellschaftungen wird zurzeit an diesen Systemen untersucht:

• Die Weißbeerige Mistel (Viscum album) und ihre Wirtspflanze die Waldkiefer (Pinus sylvestris) hinsichtlich der Wirtsselektivität und Standortfaktoren vorkommender endophytischer Pilze;
• die Besenheide (Calluna vulgaris) hinsichtlich der Habitatpräferenzen vorkommender endophytischer Pilze (Moore, Heiden, Wälder) stehen;
• die Rot-Buche (Fagus sylvatica) bezüglich des Potentials endophytischer Pilze Laub zu zersetzen sowie deren Einfluss auf die Bildung und Entwicklung von Blattgallen der Gallmücken (Cecidomyidae);
• diverse Laubbaumarten zur Klärung des Lebenszyklus verschiedener Arten der Xylariaceae (Ascomycota);
• heimische und tropische Baumarten hinsichtlich Wirtsselektivität und Standortfaktoren vorkommender Rußtau-Vergesellschaftungen.

Beprobungsstandort Buchenwald: hier werden die Vergesellschaftungen endophytischer und streuabbauender Pilze in Blättern und der Laubstreu von Rot-Buche (Fagus sylvatica) untersucht.

Bodenbesiedelnde und acarophile Pilze

Böden beherbergen komplexeste Lebensgemeinschaften auf engstem Raum. Pilze übernehmen hier unter anderem den Abbau abgestorbenen pflanzlichen Materials und versorgen Gefäßpflanzen mit Nährstoffen (Mykorrhiza). Sie stehen aber auch in enger Beziehung zur Bodenfauna.

Aktuelle Untersuchungen konzentrieren sich auf die Zusammensetzung und Funktion Pflanzenstreu abbauender Pilzvergesellschaftungen. Hierbei wird deren Zusammensetzung in vertikalen Profilen des Bodens sowie der organischen Auflageschichten anhand molekularer Methoden erfasst. Zudem wird die Funktion (Streuabbau) der Bodenpilze auf Proteom- (Enzymaktivitätstests) und Transkriptomebene (mRNA Expressionsanalysen) untersucht. Ein weiteres Projekt hat zum Ziel, Zusammenhänge zwischen bodenbewohnenden Milben- und Pilzarten sowie deren Dynamik auf Populationsebene aufzudecken und ursächlich zu klären. Molekularbiologische Untersuchungen des komplexen Lebensraums Boden stoßen selbst unter Einsatz aktueller Analysetechniken an methodische Grenzen. Deshalb werden im Zuge der Studien Methoden optimiert und der jeweiligen Fragestellung angepasst. Schwerpunkte liegen hier bei der quantitativen Isolation hochreiner Nukleinsäuren aus Bodenproben, der Quantifizierung spezieller Pilzarten und -gruppen in komplexen Mischproben und dem gleichzeitigen Nachweis von Diversität und Funktion der Pilze mittels Genexpressionsanalysen ('Next Generation Microarrays').

2 — Lichenologie

Lichenisierte Pilze

Flechten sind mutualistische Assoziationen zwischen einer filamentösen Pilzenart (v. a. Ascomyceten) und einer oder mehrerer Cyanobakterien- und/oder Grünalgenart(en). Viele dieser lichenisierten Systeme sind gekennzeichnet durch ihre Fähigkeit zur Besiedelung extremer Standorte (u. a. in Wüstengebieten, Hochgebirgen, usw.), zu langsamem Wachstum und ihre Eigenschaft, sehr unterschiedliche Sekundärmetabolite, sog. 'Flechtenstoffe' zu bilden. Eine Reihe von Flechtenarten dienen als Zeiger für Klima, Luftgüte sowie – im Falle terrikoler Arten – bestimmte Bodeneigenschaften.

Im Rahmen des BIOTA AFRICA-Projektes (www.biota-africa.org) wird die Flechtendiversität in ariden und semiariden Gebieten von Namibia und Südafrika mit Hilfe eines 'Bodenoberflächen-Scanners' erfasst und ihre Änderung hinsichtlich Zusammensetzung und Abundanz der Arten aufgrund Habitatunterschieden und Klimaveränderungen untersucht (biota-africa.uni-bayreuth.de). Besondere Aufmerksamkeit wird jenen Flechten gewidmet, welche an der Bildung von biologischen Bodenkrusten beteiligt sind. Bodenflechten reagieren äußerst empfindlich gegenüber Umweltänderungen und anthropogene Störungen. Auf den untersuchten Flächen wurden über 70 bodenbewohnende Flechtenarten nachgewiesen. Die Diversität im Untersuchungsgebiet ist äußerst hoch im Vergleich zu anderen ariden Regionen der Erde und wird von den besonderen Klimabedingungen (hohe Luftfeuchtigkeit, häufige Nebel- und/oder Taubildung) gefördert.

Saxicole, d. h. felsenbewohnende Flechtenvergesellschaftung am Cape of Good Hope (Südafrika).

Flechtenvergesellschaftungen an Stämmen heimischer Laubbaumarten werden in Kooperation mit der Botanischen Staatssammlung München der Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns mittels eines 'Baumstammoberflächen-Scanners' untersucht. Die Hardware besteht aus einer Leichtmetall-Rahmenkonstruktion und einer Digitalkamera, mit der elektronisch gesteuert digitale Aufnahmen der Stammoberflächen bis in eine Höhe von etwa 1,5 m angefertigt werden (tts.uni-bayreuth.de). Im Labor werden die Aufnahmen zusammengefügt und über bildgebende Verfahren ausgewertet.

Baumstammoberflächen-Scanner im Einsatz.

Unser Online-Identifikationssystem LIAS light (Rambold, G., Elix, J. A., Nash III, T. H., Zedda, L. (eds.) 2001 onwards. LIAS light – A Database for Rapid Identification of Lichens. – liaslight.lias.net/.) umfasst mittlerweile Einträge zu ca. 9.500 Flechtenarten, d. h. für über die Hälfte aller Arten weltweit. In Kooperation mit Fachkollegen werden Datenstrukturen und Benutzeroberfläche in Hinblick auf eine Internationalisierung bzw. Globalisierung und Lokalisierung des Projekts in verschiedene Landessprachen übersetzt: neben Englisch bisher Arabisch, Armenisch, Chinesisch, Deutsch, Esperanto, Farsi, Französisch, Hebräisch, Italienisch, Kirgisisch, Polnisch, Portugisisch (Brasilien), Russisch, Türkisch, Spanisch und Usbekisch.

Flechtenassoziierte Pilze

Flechten werden fast stets von so genannten ‚lichenikolen Pilzen’ besiedelt, deren Haupt- oder Nebenfruchtformen auf der Thallusoberfläche erkennbar sind. Wie die primären Mykobionten der Flechte selbst gehören die meisten der über 1.500 Arten dieser ökologisch sehr interessanten Gruppe von Pilzen zu den Ascomycota (Schlauchpilze). Seit fast 20 Jahren ist bekannt, dass Flechtenthalli zudem von einer großen Zahl so genannter ‚endolichenischer Pilze’ asymptomatisch besiedelt werden. Die Verbreitung und Biologie von Vertreten dieser zumeist noch völlig unbekannten phylogenetischen Abstammungslinien wird derzeit bei nordhemisphärisch verbreiteten Flechtenarten der Flechtenvergesellschaftung des Letharietum vulpinae anhand molekularbiologischer Methoden untersucht.

Links: Die Amerikanische Wolfsflechte Letharia columbiana aus den San Jacinto Mountains (Kalifornien); Flechtenthallus steril (links im Bild); mit Apothecien (rechts im Bild). Rechts: Die Flechtengesellschaft des Letharietum vulpinae am Stamm von Larix decidua aus dem Valle di Susa (Italien).

3 — Biodiversitäts- und Ökoinformatik

Unter Biodiversitätsinformatik versteht man die Anwendung von Informatik-Methoden auf die Erfassung, Modellierung, Aufbereitung, Analyse und Archivierung von Biodiversitätsdaten. Biodiversität bezeichnet dabei die Vielfalt von Arten auf der Erde, die genetische Vielfalt sowie die Vielfalt von Ökosystemen. Gegenstand sind also die Organismen, deren Identität ('Identifikation'), Eigenschaften (u. a. morphologische, anatomische und naturstoffchemische Merkmale, Verhalten), Vorkommen ('Raum-Zeit-Bezug'), gegenseitige Beziehungen (direkte Interaktionen) sowie ihre Wirkungen auf die Umwelt. Regional wie auch international existiert bereits eine Vielzahl umfangreicher Informationssysteme, in welchen Biodiversitätsdaten unterschiedlicher Institutionen, Initiativen und Forschungsprojekten erfasst and analysiert werden.

Die Ökoinformatik widmet sich der Entwicklung informationstechnischer Konzepte und informationstechnischer Anwendungen zur Verwaltung und Analyse ökologischer Daten auf ökosystemarer Ebene. Dabei werden die Vergesellschaftungen von Lebewesen 'Biozönosen' und funktionelle Zusammenhänge analysiert sowie ihre Wechselbeziehungen auf dem Hintergrund abiotischer Faktoren betrachtet. Hierbei wird neben beschreibenden qualitativen Daten auch eine Vielzahl quantitativer Messdaten erfasst. Biodiversitäts- und Ökoinformatik stehen vor ähnlichen konzeptionellen bzw. informationstechnischen Herausforderungen.

Im Rahmen zweier Verbundprojekte (BMBF: BIOTA und GBIF-Deutschland), eines EU-Projekts (4D4 Life) und eines DFG-Projekts (DiversityMobile, I-B-F, Teilprojekt I-B-F Eco) werden in Kooperation mit dem IT-Zentrum der Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayern Datenbankanwendungen sowie Schnittstellen bzw. Werkzeuge zur Datenanalyse konzeptioniert und implementiert um damit primäre Forschungsdaten zu prozessieren und online zu publizieren. Hierbei ist die Arbeitsgruppe am weiteren Aufbau folgender Anwendungen, Informationssysteme bzw. Datenportale beteiligt:

4 — Cecidologie

Bei Pflanzengallen handelt es sich um Hypertrophien pflanzlichen Gewebes, die durch chemische und mechanische Signale völlig unterschiedlicher Erreger wie Bakterien, Pilzen, Nematoden, Milben oder Insekten und auch anderen Pflanzen induziert werden. Insbesondere gallinduzierenden Insekten aus den Gruppen Cynipidae (Gallwespen), Tenthredinidae (Echte Blattwespen) oder Cecidymyiidae (Gallmücken) weisen eine hohe Wirtsspezifität auf. Dabei kann die genotypische und phänotypische Variabilität innerhalb des meist sehr engen Wirtspflanzenspektrums Belegungsdichten und -muster sowie Parasitierungsraten beeinflussen.

Aktuell werden anhand zweier Untersuchungssysteme die Wirtsspezifität und Relevanz verschiedener biotischer und abiotischer Faktoren für die Belegungsdichte von Pflanzengallen an Weiden (Salix spp.) auf einer Untersuchungsfläche des Ökologisch-Botanischen Gartens an der UBT und Rot-Buchen (Fagus sylvatica) im DFG-Exploratorium Hainich-Dün untersucht.

Die Datenerhebung an Salix-Klonen auf der Untersuchungsfläche findet hierbei im Kontext des Infrastrukturprojekts I-B-F unter Verwendung einer Smartphone-Anwendung ('DiversityMobile') statt. Die digital erhobenen Daten können anschließend über ein Synchronisationstool an ein Datenrepositorium am IT-Zentrum der Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns weitergeleitet werden, wo sie nachhaltig aufbewahrt aber auch editiert werden können.

Versuchsfläche mit 240 Pflanzen aus dem Salix alba/S. fragilis-Hybridkomplex. An diesen Pflanzen werden regelmäßig Wachstumsparameter sowie Belegungsdichten von Gallerzeugern erhoben.	Junge Gallen der Pflanzenwespe Pontania proxima (Tenthredinidae, Nematinae) auf der Spreite eines Blatts der Bruch-Weide (Salix fragilis).	Die Buchengallmücke (Mikiola fagi, Cecidomyiidae) kommt lokal oft in hohen Dichten vor.

6 — Nukleinsäure-analytische Methoden