Diversität und ökologische Bedeutung von Phytomyxea

Phytomyxea sind eine Gruppe von obligat parasitischen eukaryontischen Mikroorganismen ("Protisten"), die ein großes Spektrum von Wirten befallen können: zu den möglichen Wirten gehören mit Oomyceten, Diatomeen, Braunalgen und Pflanzen; ein sehr breites Spektrum ökologisch wichtiger Organismen. Bis auf wenige gut untersuchte Pflanzenparasiten wie zum Beispiel der Erreger der Kohlhernie, oder die Überträger von Pflanzeviren ist über diese Gruppe nicht viel bekannt. Neueste Forschungsergebnisse zeigen aber, dass Phytomyxea häufiger und diverser sind als bisher gedacht. Im Rahmen dieses Projektes wird daher die Biodiversität dieser Gruppe in verschiedenen Schlüssel-Ökosystemen erhoben. Dazu werden allgemein repräsentative Proben sowie Proben von speziellen Mikrohabitaten aus aquatischen und terrestrischen Habitaten mithilfe von DNA-basierenden Methoden untersucht. Neben der Neuerhebung von Daten werden auch schon bestehende 454-Datensätze nach relevanten Sequenzen durchsucht. Da die DNA-Daten alleine noch keinen Rückschluss auf die Aktivität und Häufigkeit von Organismen erlauben, werden ausgewählte Proben mithilfe von RNA-basierenden Methoden untersucht. Bisher uncharakterisierte Taxa und ihre Wirte werden mithilfe neuester mikroskopischer Methoden identifiziert (z. B. FISH, konfokale Mikroskopie) und - wenn möglich - ihr Lebenszyklus aufgeklärt und dokumentiert (mithilfe von Ködertests, Mikroskopie). Die Kombination dieser Methoden wird eine Vielzahl neuer Erkenntnissen über Phytomyxea bringen: 1. Ein möglichst umfassendes Wissen über die Biodiversität und die phylogenetischen Verwandtschaftsbeziehungen der Phytomyxea und nahe verwandter Taxa. 2. Erstmalige Einblicke in die Ökologie von Phytomyxea in unterschiedlichen Habitaten außerhalb des phytopathologischen Kontexts. 3. Die Entwicklung und Anwendung von interdisziplinären Methoden (Molekularbiologie, Mikroskopie und Mikrobiologie) zum Nachweis, der Identifikation und zum Monitoring von Phytomyxea und verwandter Arten. 4. Neue und verbesserte bioinformatische Methoden zur Analyse und Bearbeitung von großen DNA-Datensätzen (454-Sequenzierung). Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden die Basis zum besseren Verständnis grundlegender ökologischer Prozesse bilden, wie zum Beispiel die Dynamik von Phytomyxea in und ihr Einfluss auf Nahrungsnetze, oder den Einfluss von Phytomyxea auf die Stabilität und Biodiversität innerhalb von Wirtsgemeinschaften in unterschiedlichen Habitaten.

Im Projekt PhytomyxID konnten wir mithilfe von molekulargenetischen Analysen zeigen, dass die Artenzahl der Phytomyxea - selbst bei konservativen Schätzungen - vermutlich zwischen 100 und 200 liegt, mehr als 5 mal so viele wie bisher angenommen. Phytomyxea sind parasitische Mikroorgansimen von denen bis auf wenige, gut untersuchte Pfanzenparasiten (z.B. Kohlhernie) kaum etwas bekannt ist. Im Rahmen von PhytomyxID konnten wir zeigen, dass die Biodiversität dieser Gruppe bisher massiv unterschätzt wurde. Bisher wurde angenommen, dass es ca. 30-40 Arten von Phytomyxea gibt DNA Daten lagen aber vor diesem Projekt nur für 10 Arten vor. Im Rahmen des Projektes konnten drei neue, bisher unbeschriebene Arten gefunden und vier, bereits in der Mitte des 20. Jahrhunderts beschriebene Arten wiederentdeckt werden. Viele dieser bisher unbeschriebenen Organismen kommen im marinen Habitat vor und befallen dort eine Reihe von Wirten, die ökologisch und wirtschaftlich bedeutend sind: Eine neue Art wurde auf Seegräsern entdeckt Seegraswiesen sind marine Schlüsselhabitate (Kinderstube der Meere), die weltweit von verschiedenen, zum Großteil noch nicht näher charakterisierten, Krankheiten befallen werden. Zwei weitere Arten wurden auf marinen Braunalgen entdeckt Braunalgen sind nicht nur ökologischen sondern auch ökonomisch bedeutend, z.B. als Rohstoff für die pharmazeutische Industrie. Aus diesem Grund sind unsere Resultate wichtig, da sie in Zukunft helfen werden, diese Zusammenhänge besser zu verstehen und die nachhaltige Produktion dieser Rohstoffe zu gewährleisten. Daneben konnten wir zeigen, dass verschiedene Arten sich nicht parallel zu ihren Wirten entwickelt haben (Co-Evolution), sondern dass einzelne Arten durch plötzliche Wirtswechsel zwischen nicht verwandten Arten entstanden sind (z.B. von Braunalgen auf Pflanzen). Auch konnten wir eine neue Gruppe innerhalb der Phytomyxea identifizieren, die in ihrer Lebensweise ein Übergangstadium zwischen den freilebenden Vampiramöben und den obligat parasitischen Phytomyxea darstellt. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für zukünftige Forschungsarbeiten, die sich sowohl mit den evolutionsbiologischen Gemeinsamkeiten aber auch mit Alleinstellungsmerkmalen der einzelnen Gruppen beschäftigen, was unser Verständnis von der Entstehung von Parasitismus deutlich verbessern wird.