Mikrobielle Interaktionen in pflanzlichen Ökosystemen


Wer wir sind:

Wir sind eine interdisziplinäre Gruppe, die die Fachrichtungen Mikrobiologie, Pflanzenwissenschaften und Ökologie miteinander verbindet. Daher sind wir Teil des Zentrums für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) sowie des Interfakultären Instituts für Mikrobiologie und Infektionsmedizin Tübingen (IMIT). Unser Hauptaugenmerk liegt darauf, grundlegende Mechanismen der Entstehung wohldefinierten mikrobielle Gemeinschaften aus natürlichem mikrobiellem Eintag zu verstehen. Wir konzentrieren uns hierbei auf mikrobielle Gemeinschaften die mit einem Wirt wie Pflanze, Insekten oder Mensch assoziiert sind. Unsere Schwerpunkte liegen in der Mikrobiologie, Molekularbiologie und Bioinformatik.


Das interessiert uns:

Einleitung:

Die pflanzliche Phyllosphäre (Abb. 1A) ist zahlreichen abiotischen Schwankungen ausgesetzt: z.B. direkte Sonneneinstrahlung, starke Trockenheit im Wechsel mit Regentropfen, Wind- und Temperaturschwankungen. Dennoch besiedeln zahlreiche Mikroben diesen anspruchsvollen Lebensraum (Abb. 1B und C), entweder um der Pflanze im Falle von Symbionten zu helfen oder um die Pflanze im Falle von Krankheitserregern zu schädigen. Zahlreiche Mikroorganismen sind jedoch neutrale Bewohner, die zufällig durch Wind, Wasser, Insekten oder andere Vektoren verbreitet werden.

Zahlreiche Studien an Pflanzen-, Tier- oder Insekten-assoziierten Mikroorganismen haben einen signifikanten Einfluss auf die Physiologie und Leistungsfähigkeit des Wirtes gezeigt, was darauf hindeutet, dass die Evolution und Ökologie von Pflanzen, Tieren und Insekten oder irgendeinem anderen Organismus nur im Zusammenhang mit seinen Wechselwirkungen mit assoziierten Organismen, insbesondere Mikroben, unter naturnahen Bedingungen verstanden werden kann (Kemen et al. 2015). Wirtsassoziierte mikrobielle Gemeinschaftsstrukturen werden stark von abiotischen Faktoren beeinflusst, die Stochastizität verursachen. Wirtsfaktoren hingegen sind aufgrund ihrer Stabilität über viele Gernarationen und viele Bedingungen interessant, da sie das Mikrobiom, stabilisieren können und die Diversität beeineflussen, auch wenn bisher nur sehr geringe Effekt unter natürlichen Bedingungen beobachetet wurden (Kemen 2014, Kroll 2017).

Forschungsschwerpunkt:

Da Forscher sich der Bedeutung eines Gesamtkonzepts bewusst geworden sind, das Individuen nicht mehr länger isolitert, sondern im Kontext ihrer assoziierten Mikroorganismen sieht, wurde in diesem Bereich immer mehr Forschung betrieben (siehe Links zu verwandten Forschungsprojekten). Dieses Gesamtkonzept stellt der sogenannte Holobiont dar. Der Holobiont definiert einen Wirt zusammen mit seinen permanent aber auch transient assoziierten Mikroorgansimen, die man als Mikrobiom oder Mikrobiota bezeichent. Trotz aller Bemühungen sind zahlreiche Schlüsselfragen unbeantwortet geblieben, die wir mit unserer Forschung addressieren:

  1. Welche Faktoren strukturieren das Mikrobiom und wie werden mikrobielle Gemeinschaften etabliert und stabilisiert?
  2. Wie interagieren Mikroben in komplexen Gemeinschaften miteinander und wie mit ihrem Wirt? Wie werden Wirtssignale an die mikrobielle Gemeinschaft übertragen?
  3. Wie evolvieren mikrobielle Gemeinschaften? Gibt es eine evolutive Synchronisation? Welche Konsequenzen hat eine gemeinschaftliche Evolution auf den Genfluss?