UFZ-Newsletter Dezember 2014

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ UFz-Newsletter | Dezember 2014 3 ein, von der beide Partner profitieren. Letzte- re fördern diese „ektomykorrhiza“ genannte Form der Symbiose. Im Labor konnten die Forscher nun das zusammenspiel all dieser Organismen mit der eiche untersuchen. Interessant ist dabei zum Beispiel, wie sich die mitbewohner auf die Wachstumsphasen der Bäume einrichten. „eichen wachsen nicht kontinuierlich während der Vegetationsperi- ode, sondern in mehreren Schüben“, erklärt Sylvie Herrmann. Der erste davon findet im Frühjahr statt, der zweite ist der bekannte Johannistrieb im Juni. Je nach Temperaturen und Niederschlag können die Bäume im wei- teren Verlauf des Sommers dann noch einen dritten oder sogar vierten Wachstumsschub nachlegen. In jeder dieser Phasen wachsen abwechselnd mal die Wurzeln und mal der Spross. entsprechend muss der Baum seine Ressour- cen immer wieder möglichst effektiv vertei- len: Wenn die Wurzeln einen Wachstums- schub erleben, ist es schließlich keine gute Idee, die aus dem Boden aufgenommenen Nährstoffe bevorzugt in die Krone zu pum- pen. Umgekehrt sollte der Baum die mittels Fotosynthese in den Blättern hergestellten zucker nicht größtenteils den Stamm hinun- terschicken, wenn gerade Sprosswachstum angesagt ist. Und als wäre das noch nicht genug der logistischen Herausforderung, kommen dann auch noch die Raupen, der mehltau und all die anderen mitglieder der Lebensgemeinschaft ins Spiel. Was passiert im Wechsel der Wachstumsschübe und Ruhephasen mit diesen mitbewohnern? Und wie wirken sich diese Prozesse dann wieder auf den Baum aus? ressourcen auf der Spur Um das herauszufinden, untersuchen die Forscher unter anderem, in welchen Phasen die einzelnen Ressourcen wo landen. Dazu nutzen sie die Tatsache, dass es von Kohlenstoff und Stickstoff unterschiedlich schwere Varianten gibt. Diese Isotope werden für markierungsversuche verwendet. Gemeinsam mit ihren Projektpartnern von der Technischen Universität münchen haben die UFz-mitarbeiter für diese experimente eine spezielle Plexiglaskammer mit Platz für 160 kleine eichen entwickelt. Darin können sie den Bäumen Kohlendioxid anbieten, das statt des üblichen Kohlenstoffisotops 12 C die schwerere Variante 13 C enthält. Das bauen die Pflanzen dann in die bei der Fotosyn- these hergestellten zucker ein, so dass die Wissenschaftler den weiteren Weg dieser Ressource durch die Teile der Pflanze und die damit verbundene Lebensgemeinschaft verfolgen können. Nach dem gleichen Prin- zip verwenden die Forscher das Stickstoff- Isotop 15 N, um das Schicksal der aus dem Boden aufgenommenen Nährstoffe zu verfolgen. So lässt sich genau beschreiben, was während der verschiedenen Wachs- tumsphasen funktionell und quantitativ zwischen den eichen und ihren mitbewoh- nern vor sich geht. Die Forscherkollegen der TU münchen wollten zum Beispiel wissen, wann der Wurzelschädling Phytophthora quercina den Bäumen besonders zu schaffen macht. Schlägt der Schädling vor allem zu, wenn die Wurzeln einen Wachstumsschub erle- ben? Dann muss der Baum schließlich seine Ressourcen in den unterirdischen Organen konzentrieren, so dass sich ein Angriff besonders lohnt. Andererseits können gut versorgte Wurzeln womöglich auch mehr energie in die Schädlingsabwehr investieren. Hat Phytophthora also vielleicht gerade in solchen Situationen schlechte Karten? Die ergebnisse zeichnen in dieser Detailfrage ein für die eiche eher ungünstiges Bild. Offenbar sind ihre Wurzeln gerade während eines Wachstumsschubs am anfälligsten für den Schädling. Allerdings kann so ein Baum durchaus reagieren, wenn in seiner Nähe interessierte mitbewohner auftauchen. Auch dieser Prozess ist für die Forscher hochin- teressant. Denn solche empfindlichkeits- mechanismen liefern ihnen entscheidende Hinweise, um vor dem Hintergrund des sich ändernden Klimas eichenbestände besser managen zu können. Nun wollen sie her- ausfinden, wie die eichen in solchen Fällen ihr erbgut regulieren. „Lebewesen nutzen ja nicht ständig sämtliche erbinformationen“, sagt François Buscot. er vergleicht das Ge- nom gern mit einer riesigen Bibliothek, aus der zu jedem zeitpunkt nur wenige Bücher gelesen werden. Welche das sind, hängt davon ab, vor welchen Herausforderungen der Organismus gerade steht. Knabbern Raupen an den eichenblättern? Oder sind die Wurzeln dabei, eine Symbiose mit einem nützlichen Pilz zu etablieren? Je nach Situa- tion schaltet der Baum bestimmte Gene an und andere aus. Welche Bücher aus der eichen-Bibliothek gerade gelesen werden, lässt sich mit molekularbiologischen methoden herausfin- den. Dazu muss man allerdings erst einmal wissen, welche Werke diese Bibliothek Ein wichtiger Teil der Forschungsarbeit findet im Labor statt. Hier erzeugen die wissenschaftler genetisch identische in-vitro-stecklinge und analysieren, wie diese ihre gene bei unterschiedlichen Umwelteinflüssen regulieren. (Foto: André Künzelmann/UFZ) Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ UFz-Newsletter | Dezember 20143

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