 |
Root colonizing dark septate endophytes - diversity and function
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
109102 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Kovács M., Gábor |
| Title in Hungarian |
Sötét szeptált gyökérendofiton gombák - diverzitás és funkció |
| Title in English |
Root colonizing dark septate endophytes - diversity and function |
| Keywords in Hungarian |
gyökérendofiton gombák, DSE, diverzitás, funkció, kölcsönhatás, funkcionális diverzitás |
| Keywords in English |
root endophytic fungi, DSE, diversity, function, interaction, functional diversity |
| Discipline |
| Community ecology, systems ecology, ecosystem services (Council of Complex Environmental Sciences) | 70 % | | Ortelius classification: Mycology | | Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences) | 20 % | | Soil sciences, soil biology, soil chemistry, soil physics (Council of Complex Environmental Sciences) | 10 % |
|
| Panel |
Ecology and evolution 1 |
| Department or equivalent |
Department of Plant Anatomy (Eötvös Loránd University) |
| Participants |
Bóka, Károly
Knapp, Dániel
Preininger, Éva
Tamás, László
Vági, Pál
|
| Starting date |
2013-09-01 |
| Closing date |
2017-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
29.497 |
| FTE (full time equivalent) |
8.50 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A tömlős gombák néhány rendjébe tartozó sötét szeptált endofitonok (DSE) széles körben elterjedt gyökérkolonizáló gombák. Szeptált hifáik sötétek a melanin berakódástól, és jellegzetes, mikroszkleróciumnak nevezett képleteket hoznak létre a kolonizált gyökereg kéregsejtjeiben. Habár egyre több tanulmány foglalkozik a DSE gombák hatásaival, a DSE gombák funkcióiról rendelkezésünkre álló ismereteink limitáltak, nem olyan teljesek, mint pl. a mikorrhizák esetében. Néhány esetben vizsgálták enzimatikus funkcióikat, a részletes funkcionális anatómiai vizsgálatok száma minimális. A funkciók ismeretének hiányában, érthető módon szinte semmit nem tudunk a DSE gombák funkcionális diverzitásáról, holott ennek ismerete elengedhetetlen lenne a csoport öskoszisztémák működésében betöltött szerepének megértésében.
A jelen kutatási tervben a DSE gombák funkcionális diverzitásának vizsgálatát tűztük ki célul, néhány olyan csoportra fókuszálva, melyek korábbi munkáink alapján általános és elterjedt tagjai a félszáraz füves területek gyökér-kolonizáló gombaközösségeinek.
Fő hipotézisünk, hogy a kompozícionális szempontból diverz DSE gomba közösségek funkcionális értelemben is diverzek. Ezt a kérdést egy finom-skálás mintavételezés és a DSE izolátumok funkcionális vizsgálati eredményeinek összevetésével tervezzük tesztelni.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatási tervben a DSE gombák funkcionális diverzitás vizsgálatát tűztük ki célul, néhány olyan csoportokra fókuszálva, melyek általános és elterjedt tagjai a félszáraz füves területek gyökér-kolonizáló gombaközösségeinek.
Fő hipotézisünk, hogy összetételükben diverz DSE gomba közösségek funkcionális értelemben is diverzek. A kérdést egy finom-skálás mintavételezés és a DSE izolátumok funkcionális vizsgálati eredményeinek összevetésével tervezzük tesztelni.
Nagy számú DSE törzset tervezünk izolálni egy kis mintavételi területről, úgy, hogy „mikrohabitatok” és különböző gazdanövények és ezek különböző „egyedei” is megfelelően reprezentálva legyenek. Ezzel tesztelnénk, hogy ezen faktorok szerepen játszanak-e a generalistának tekintett DSE közösségek szerkezetének formálásában. A funkcionális diverzitás vizsgálatához egyes DSE csoportok/fajok genetikailag különböző törzseit vetjük össze, vizsgálva, hogy azok funkcióikban is különböznek-e. Vizsgálnánk a metabolikus aktivitásukat (forrás felhasználás, enzim aktivitás), növény interakcióikban funkcionális anatómiai különbségeiket. Mikorrhizás gombák összehasonlító genomikai vizsgálatai alapján vizsgálnánk mikorrhiza „eszköz-tár” gének jelenlétét, ezek változatosságát, és kifejeződésük variabilitását az egyes törzsek között. Ültetéses mikrokozmosz rendszerekben vizsgáljuk, hogy a mesterséges közösségekben jelen lévő DSE gombák diverzitása hogyan befolyásolja a talajban rendelkezésre álló források kihasználását.
Eredményeink rávilágíthatnak a DSE gombák ökoszisztémákban betöltött szerepére, és ellenőrizhetjük: funkcionális diverzitásuk összefüggésbe hozható-e a természetes élőhelyeiken talált közösségeik szerkezetével.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A kutatás során nyert adatok segíthetnek minket a széles körben elterjedt és gyakori DSE gombák funkciójának és funkcionális diverzitásának megértésében. A DSE-növény kölcsönhatás számos kérdése még tisztázatlan számunkra. A finom-skálás mintavételezés feltárhatja egy eddig nem ismert faktorok szerepét a DSE közösségek szerkezének alakításában. Nem ismerünk egyéb olyan kutatást, mely masszív, nagy mintaszámú metabolikus vizsgálatát végezte volna DSE gombáknak, ezen adatok összevetése a genetikai heterogenitással különösen érdekes eredményekre vezethet. A mikorrhiza szimbiózisokhoz kapcsolódó gének vizsgálata segíthet annak megértésében, hogy a DSE gombák inkább a mikorrhiza-képző, vagy a patogén esetleg szaprotróf gombákhoz hasonlítanak-e jobban. A funkcionális anatómiai vizsgálatok számos, eddig ismeretlen jellemzőit tárhatja fel a DSE-növény kölcsönhatásoknak. A mikrokozmoszokban vizsgált diverzitás-függő forráskihasználás mikorrhiza képző gombáknál már vizsgált, de DSE gombákról ilyen adatok nem állnak rendelkezésre.
A legfontosabb eredményeket a funkcionális vizsgálatok terepi diverzitási eredmények összevetéséből várjuk, hiszen ez segít tesztelnünk a kiindulási hipotézisünket.
A kutatás során célzottan vizsgált DSE csoportok nagyfokú hasonlóságot, néha egyezést mutatnak más régiók/kontinensek gyökérkolonizálóival, ezért eredményeink segíthetnek egy széles, globális skálán is megértenünk a DSE gombáknak az ökoszisztémák, különösen a (fél)száraz füves ökoszisztémák, működésében betöltött szerepét.
A DSE gombák funkcionális megismerésének alkalmazott vonatkozásai is vannak. Egyre nagyobb érdeklődés övezi az endofitonok agráriumban való alkalmazását (ld. például a FA1103-as COST Action célkitűzéseit, http://www.endophytes.eu). Mikorrhizaképző gombákat általánosan alkalmaznak, mint növény-segítő inokulum; a DSE gombák mint lehetséges inokulumok különös jelentőségűek lehetnek például nem-mikorrhizás haszonnövények esetében, mint a keresztesvirágúak csoportja, ahol több fontos zöldség és olaj, bioüzemanyag növény is található. A funkcionális megismerése a DSE gombáknak elengedhetetlen bármiféle mezőgazdasági alkalmazáshoz.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A szárazföldi edényes növények döntő többsége gyökerén keresztül valamilyen gombával él mutualista szimbiózisban. A különböző mikorrhizák és mikorrhiza-képző gombák relatíve jól ismertek, különösen a gyökér kolonizáló endofiton gombákhoz képest. Az endofitonok olyan élőlények, melyek életük legalább egy szakaszát növényekben élik, anélkül, hogy tüneteket, szöveti károsodást okoznának a gazdáiknak. A sötét szeptált endofiton (DSE) gombák világviszonylatban elterjedt csoportja a gyökér endofitonoknak. Különösen gyakoriak olyan élőhelyeken, ahol relatíve magas az abiotikus stressz szintje. Habár egyre több kutatás foglalkozik a DSE gombákkal, az ökoszisztémákban betöltött szerepükről nagyon kevés információ áll rendelkezésünkre.
A kutatás során a DSE gombák funkcióinak és funkcionális diverzitásának vizsgálatát tűztük ki célul. A kutatások számos részéről semmiféle vizsgálati eredmény nem áll rendelkezésünkre. A DSE gombák kölcsönhatásainak funkcionális megértése hozzásegíthet minket annak megértésében, hogy a talaj gombaközösségének ezen gyakori és általánosan elterjedt tagjai milyen szereppel bírnak az ökoszisztémák működésében és a szén körforgásban.
Mivel szélsőséges környezetekben gyakoribban, ez eddig ismeretlen funkcióik megértése segíthet minket a DSE gombák az agráriumban való alkalmazásában, hiszen a globális felmelegedés, és a szűkös víz tartalékok a Földünk jelentős részében alapvető kihívást jelentenek a növénytermesztésben. Ilyen alkalmazás különösen fontos lehet nem-mikorrhizás haszonnövények esetében, mint például a káposztafélék, vagy a repce, ami fontos olaj és bioüzemanyag növény.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Dark septate endophytes (DSE) are found worldwide and comprise a group of root-colonizing endophytic fungi that belong to a few orders of the phylum Ascomycota. DSE fungi are septate and generally have melanized hyphae that colonize the cortical cells and intercellular regions of roots and form a densely septated intracellular structure called microsclerotia. Although there is increasing number of study of the effects of DSE colonization on host plants, our knowledge on the “elusive function” of DSE fungi is limited and not as well understood as that of the common root colonizer mycorrhizal fungi or grass endophytes. The metabolic characterization of some key-enzymatic function of DSE fungi has been investigated by a couple of studies. Detailed anatomical studies could reveal functional features of the interaction, nevertheless, only a limited number of publications deal with functional anatomy e.g. by using transelectron microscopy (TEM). Accordingly, the functional diversity of DSE fungi is weakly understood, however it might be fundamental in their role in ecosystem functioning.
In the project proposed here we aim to study the functional diversity of DSE fungi, focusing on some groups found to be common and frequent root colonizers in semiarid grassland communities. Our main hypothesis is that compositionally diverse communities of DSE fungi are functionally diverse as well. To test this hypothesis we will study the diversity of DSE fungi should be studied on a finer scale than in our previous work and we will study functions, functional features of DSE fungi.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
In the project proposed here we aim to study the functional diversity of DSE fungi, focusing on some groups found to be common root colonizers in semiarid grassland communities.
Our main hypothesis is that compositionally diverse communities of DSE fungi are functionally diverse as well. To test this hypothesis we will study the diversity of DSE on a finer scale than in our previous work and we will study functions, functional features of DSE fungi.
We aim to isolate high number of strains from a small area, focusing on microhabitats and plant host “individuals”/specimens to test if these factors shape the community structure of DSE fungi. To study the functional diversity of DSE fungi, we aim to test if genetically different cohorts of the same DSE fungus have different functional characteristics. Genetically different isolates of the same DSE species will be screened: if there are differences in substrate utilization and enzyme production and differences in the functional anatomical features of plant interaction. Based on the results of comparative genomics of mycorrhizal fungi we aim to check the presence of some key-player genes of the mycorrhizal tool-box and to study their diversity and to test if there are differences in their expression in different strains. Pot-culture inoculations will help us to test if there will be differences in soil resource utilization and allocation depending on the diversity of DSE fungi introduced into the experiments.
The results might reveal the function and the functional diversity of DSE fungi and we could test if the functional diversity correlates with the community structure detected in situ.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The results gained in the project proposed will help us to understand the function and the functional diversity of the widespread and common DSE fungi of grasslands.
There are many unknown aspects of the DSE-plant interaction. The fine-scale diversity studies could reveal hidden levels of the compositional diversity of the DSEs. We are not aware of any massive metabolic profiling of DSE strains and the results compared with the genetic diversity would reveal an important characteristic of DSE fungi. With the molecular study of symbiosis related genes we would be able to understand whether DSE fungi are more similar to mycorrhizal than to parasite or saprotrophic fungi. The functional anatomical studies might clarify several unknown aspects of the interaction. The diversity dependent resource use in experiments has been tested in other mycorrhizal fungi, but we are not aware of any similar study on DSEs.
The most important information we aim would be the result of the combination and comparison of the data about functional diversity of DSE fungi with their community structure detected in situ and test the main hypothesis of the project.
All the DSE groups we aimed to study they showed high similarity, even identity, with root colonizers from different continents. Thus, our isolates from the semiarid sandy grassland could be used to help understand the function of DSE fungi in (semi)arid environments on a broader word-wide scale.
Understanding DSE fungi has applied aspects as well. There is an increasing interest in the application of endophytes in agriculture and horticulture (e.g. see the main goals of the COST Action FA1103, http://www.endophytes.eu). Mycorrhizal fungi are generally used as inocula; DSE fungi might be potential inocula for plants which form no mycorrhiza, like in the family Brassicaceae, where important vegetable crops and biofuel crops can be found. Gaining fundamental information on function of these root colonizers might be crucial in agronomic application of those fungi.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Majority of land plants lives in mutualistic symbiosis with different fungi via their roots. The different types of mycorrhizae and mycorrhizal fungi are relatively well known, especially compared to so called endophytic fungi colonizing the roots. Endophytes are living organisms living in plant tissues causing no symptoms of tissue damage to their hosts. Dark septate endophytes (DSE) are found worldwide and comprise a group of root-colonizing endophytic fungi. They are especially frequent in ecosystems with strong abiotic stress. Although there has been a continual increase in interest in DSE fungi, our knowledge on the diversity of DSE fungi and their function in ecosystems is limited.
In the project proposed here we aim to study the function and functional diversity of the DSE fungal-plant interaction. Many aspects of the project have not been studied by now. Understanding the functional aspects of the interaction could help us to learn the role of these frequent members of soil fungal communities in ecosystem functioning and global carbon cycle.
As they are more frequent in harsh environments, revealing the hidden functions might help us to apply those fungi as plant-helpers in agriculture where global warming and the limited water sources are crucial challenges in many areas. This application might be especially important non-mycorrhizal crops, like mustard family including cabbage or rapeseed an important biodiesel crop.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
