Contributions towards a better understanding of sooty mould mycobiomes

Titelangaben

Flessa, Fabienne:
Contributions towards a better understanding of sooty mould mycobiomes.
Bayreuth , 2022 . - 214 S.
( Dissertation, 2022 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

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Abstract

Sooty mould communities are darkly pigmented planar mycelial mats consisting of several fun-gal species that colonise surfaces of a variety of host plants without penetrating the tissue. Most of the research on sooty mould (SM) biomes has been conducted in the tropics and subtropics. However, the comparison with communities from the temperate and alpine regions has been lacking. Therefore, in this PhD project, SM mycobiomes from temperate and alpine regions were compared with those from a tropical region. They are mainly formed by the Dothideomycetes. In subtropical and tropical regions there is also a high proportion of Sordari-omycetes. At the order level, the Capnodiales predominate, with Pleosporales, Dothideales and Tremellales also regularly occurring with somewhat lower relative abundance. At family and ge-nus level, the spectrum is much more diverse. Diversity among sites varies significantly when sites also differ in terms of their geographic location, climatic conditions and, above all, in their host plant species. The SM mycobiomes of the investigated habitats are composed of regularly occurring, characteristic species or OTUs as well as of associated, facultative or sporadically occurring taxa. A close correlation between honeydew and SM incidence has been postulated in the liter-ature. Since SM mycobiomes also occur on plants without this nutritional source, the influence of different nutrition sources (leaching products from plant tissues, plant secretions from glands, and honeydew) on diversity was investigated in this PhD project for the first time. If only leach-ing substances are available as a nutritional source, ubiquitous fungi predominate, whereas plant secretion products lead to more specific fungi communities on leaves. Composition in SM my-cobiomes from two tropical sites differs significantly between host plants with the presence of sap-feeding insect (SFI) and those without, although the groups overlap considerably. On leaves of evergreen plants with ubiquitous dominant fungi within a site, they do not differ significantly between current and previous year's leaves when the nutrient source does not change. However, they differ significantly when the nutritional source changes between young and old perennial leaves during leaf senescence. Contrary to the previously postulated host independence, a signif-icant correlation was found between the taxonomic affiliation at genus, family and order level of the host plant and the composition of the SM community. Succession within an SM mycobiome with increasing leaf age had not been studied be-fore this project. A study on host plants with annual and perennial leaves exposed to the same conditions during the growing season, but with only the perennial group overwintered in a green-house, allowed investigation of succession stages. The predominant fungi in the initial colonisa-tion communities differed in both groups. SM biofilms on host plants with ubiquitous fungi, separated from the spore pool of plants in the field during winter by hibernation in the glass-house, differed significantly in the composition of SM biofilms on young perennial leaves from the approximately equally old leaves of deciduous plants in the field. The spore pool in winter or at the beginning of leaf sprouting has an important influence on the initial colonisation of fresh leaves. It was also observed on an alpine plant species in its natural habitat that the diversity differs significantly between leaves of different ages. The relative amount of darkly pigmented fungi in the core SM mycobiome is considera-bly higher in colder sites than in warmer locations. This result supports for the first time the the-ory of thermal melanism in SM mycobiomes. Moreover, epiphytic SM fungi are darkly pigment-ed in a higher proportion than endophytic fungi of the same host plant (Rhododendron ferrugi-neum). Among the fungi of the SM mycobiome, there are those that are facultatively pigmented, and others whose pigmentation is not variable on different culture media, having either unpig-mented or permanently pigmented hyphae or spores. In this project, the diversity of the SM mycobiome was compared with the endophytic mycobiome of one host plant for the first time. Both mycobiomes differ in terms of composition and how they are affected by various factors such as leaf age and geographic location. While the SM biofilms are more affected by leaf senescence and differ significantly between current year’s and those of the previous year, the endophytic fungi are markedly shaped by the altitudinal and the geographical region. The key factors leading to infestation of plants with SM biofilms in the temperate region were identified for the first time in this project, and a predictive model was developed. Prolonged infestation with SFIs (≥ 4 observation dates), horizontal leaf position and sunken leaf veins have the strongest effect and lead to a 3.7-fold higher risk of SM occurrence.

Abstract in weiterer Sprache

Als Rußtaupilzvergesellschaftung werden dunkel pigmentierte flächige Mycel-Matten bezeichnet, die sich aus mehreren Pilzarten zusammensetzen und Pflanzenoberflächen eines breiten Spekt-rums an Wirtspflanzen besiedeln, ohne in die Pflanzengewebe einzudringen. Die meisten der bisherigen Studien zu Rußtaupilz (SM)-Mykobiomen wurden in den Tro-pen und Subtropen durchgeführt. Der Vergleich mit Vergesellschaftungen aus temperaten und alpinen Regionen fehlt jedoch. Deshalb wurden in diesem Promotionsprojekt SM-Mykobiome der temperaten und alpinen Region mit denen einer tropischen Region verglichen. Sie werden hauptsächlich von Vertretern der Pilzklasse Dothideomycetes gebildet. In subtropischen und tropischen Regionen existiert zusätzlich ein hoher Anteil an Sordariomycetes. Auf Ordnungsebe-ne überwiegen die Capnodiales, mit einer etwas geringeren relativen Häufigkeit treten regelmäßig auch Pleosporales, Dothideales und Tremellales auf. Auf Familien- und Gattungsebene ist das Spektrum vielfältiger. Die Diversität zwischen Standorten unterscheidet sich signifikant, wenn sich die Standorte in der geographischen Lage, den klimatischen Bedingungen und vor allem in der Wirtspflanzenzusammensetzung unterscheiden. Die SM-Mykobiome der untersuchten Le-bensräume setzen sich zum einen aus regelmäßig vorkommenden, charakteristischen Arten bzw. OTUs zusammen, zum anderen aus assoziierten, fakultativen bzw. sporadisch auftretenden Ta-xa. In der Literatur wurde eine enge Korrelation zwischen Honigtau und Rußtaupilzauftreten postuliert. Da SM-Mykobiome auch auf Pflanzen ohne diese Nahrungsquelle vorkommen, wurde in diesem Projekt erstmals der Einfluss unterschiedlicher Nahrungsquellen (Auswaschungspro-dukte aus Pflanzengeweben, Pflanzensekrete aus Drüsen, Honigtau) auf die pilzliche Diversität untersucht. Stehen nur Auslaugungsstoffe als Nahrungsquelle zur Verfügung, dominieren ubiqui-täre Pilze, wogegen pflanzliche Sekretionsprodukte zu spezifischeren Pilzgemeinschaften auf Blättern führen. Die Zusammensetzung der SM-Mykobiome von zwei tropischen Standorten unterscheidet sich signifikant, jedoch mit erheblicher Überlappung zwischen Wirtspflanzen mit Präsenz von Pflanzensaft konsumierenden Insekten (SFI) und solchen ohne SFIs. Auf Blättern immergrüner Pflanzen mit dominierenden ubiquitären Pilzen innerhalb eines Standortes unter-scheiden sie sich nicht signifikant zwischen den diesjährigen und letztjährigen Blättern, wenn sich die Nährstoffquelle nicht ändert. Sie differieren jedoch signifikant, wenn sich das Nährstoff-angebot mehrjähriger Blätter im Verlauf der Blattalterung verändert. Entgegen der bisher ange-nommenen Wirtspflanzenunabhängigkeit konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen der taxonomischen Zugehörigkeit auf Gattungs-, Familien- und Ordnungsebene der Wirtspflanze und der Zusammensetzung der SM-Vergesellschaftung festgestellt werden. Die Sukzession innerhalb einer SM-Vergesellschaftung mit zunehmendem Alter des Blat-tes wurde vor diesem Projekt noch nicht untersucht. Durch eine Studie an Wirtspflanzen mit an-nuellen und solchen mit immergrünen Blättern, die während der Vegetationszeit denselben Be-dingungen ausgesetzt waren, wobei die immergrüne Gruppe in einem Gewächshaus überwintert wurde, konnten Sukzessionsstadien untersucht werden. Die vorherrschenden Pilze in Erstbesied-lungsgemeinschaften unterschieden sich in beiden Gruppen. SM Biofilme auf jungen, mehrjährigen Blättern, die durch die Überwinterung im Gewächshaus vom Sporenpool der Pflanzen in offenen Habitaten getrennt waren, unterschieden sich signifikant von denen auf etwa gleich alten Blättern der sommergrünen Pflanzen im Feld. Der Sporenpool im Winter bzw. zu Beginn des Blattaustriebs hat einen wichti-gen Einfluss auf die Erstbesiedlung der frischen Blätter. Auch an einer alpinen Wirtspflanze am natürlichen Standort konnte nachgewiesen werden, dass sich die Diversität zwischen unter-schiedlich alten Blättern signifikant unterscheidet. Die relative Menge dunkel pigmentierter Pilze in der 'Kerngemeinschaft' ist an kälteren Standorten deutlich höher als an wärmeren Standorten. Dieses Ergebnis unterstützt zum ersten Mal die Theorie des thermischen Melanismus im SM-Mykobiom. Außerdem weisen epiphyti-sche SM-Pilze einen höheren Pigmentierungsgrad als endophytische Pilze auf derselben Wirts-pflanze (Rhododendron ferrugineum) auf. Unter den Pilzen des SM-Mykobioms existieren sol-che, die fakultativ pigmentiert sind und andere, deren Pigmentierung auf verschiedenen Nährme-dien nicht variabel ist und deren Hyphen oder Sporen entweder unpigmentiert oder stets pigmen-tiert sind. In diesem Projekt wurde zu ersten Mal die Diversität des SM-Mykobioms mit dem endo-phytischen Mykobiom einer Wirtspflanze verglichen. Beide Mykobiome unterscheiden sich in Bezug auf ihre Zusammensetzung als auch in Bezug auf ihre Beeinflussung durch verschiedene Faktoren wie Blattalter und geographische Lage. Während die SM Biofilme stärker von der Blatt-alterung betroffen sind und sich signifikant zwischen den Blättern des aktuellen Jahres und de-nen des Vorjahres unterscheiden, werden die endophytischen Pilze signifikant von der Höhen-zone und der geographischen Region beeinflusst. Die Schlüsselfaktoren, die zum Befall von Pflanzen mit SM Biofilmen in der temperaten Region führen, wurden in diesem Projekt erstmals identifiziert, und es wurde ein Vorhersagemo-dell entwickelt. Ein längerer Befall mit SFIs (≥ 4 Beobachtungstermine), horizontale Blattstellung und vertiefte Adern haben den stärksten Effekt und führen zu einem 3,7-fach höheren Risiko für das Auftreten von SM-Biofilmen.