Zróżnicowanie nisz mikoryzowych czeremchy amerykańskiej i zwyczajnej - wstępne badania roli grzybów w ekspansji czeremchy amerykańskiej

Ekspansja roślin inwazyjnych nasila się w wyniku postępujących zmian klimatu i zakłóceń spowodowanych działalnością człowieka. Stwarza ona zagrożenie dla funkcjonowania ekosystemów m.in. poprzez zmianę składu zbiorowisk gatunkowych roślin oraz zmniejszenie bioróżnorodności. Jednym z inwazyjnych gatunków roślin, występującym w europejskich lasach jest czeremcha amerykańska (Prunus serotina Ehrh.). Ogranicza ona występowanie rodzimych gatunków roślin, w tym spokrewnionej z nią czeremchy zwyczajnej (Prunus padus L). Badania obcych gatunków drzew prowadzone są od wielu lat i mimo to, nadal nie wyjaśniono, dlaczego niektóre gatunki obce stają się inwazyjne, a inne nie. Przyczyny tego stanu rzeczy rozpatrywane są m.in. w nawiązywaniu stosunków symbiotycznych. Większość roślin tworzy mikoryzy z grzybami, które zwiększają różnorodność i zdolność konkurencyjną oraz produkcyjność ekosystemów. Mikoryza umożliwia grzybom, zaopatrzenie w związki organiczne wytwarzane przez rośliny w procesie fotosyntezy. Natomiast grzyby wytwarzają hormony, które po wniknięciu do rośliny regulują jej wzrost i rozwój oraz substancje o charakterze antybiotyków, które zmniejszają ryzyko zakażenia rośliny patogenami. Rośliny są także zaopatrywane przez strzępki grzyba w związki mineralne. Introdukowane gatunki drzew mogą tworzyć mikoryzy z kosmopolitycznymi taksonami grzybów (występującymi zarówno w naturalnym zasięgu gatunku drzewa, jak i w miejscu jego introdukcji) oraz taksonami dla nich obcymi. Arbuskularne grzyby mikoryzowe (AMF) są istotne pod względem ekologicznym i ekonomicznym. Tego typu związki tworzy ok. 71% gatunków roślin naczyniowych. Wyniki badań sugerują, że ten rodzaj mikoryzy wpływa na konkurencyjność, różnorodność i strukturę zbiorowisk roślin i przyczynia się do sukcesu lub niepowodzenia inwazji. Wykazano, że związki mikoryzowe są skorelowane z ekspansją geograficzną obcych taksonów roślin, ponieważ gatunki obce tworzące mikoryzy zajmują większy zasięg niż rośliny nie tworzące tych związków. Istotną rolę odgrywają także grzyby ektomikoryzowe (ECM). Badając rodzaj Pinus odkryto, że wzrost inwazyjnych gatunków sosen był bardziej uzależniony od ECM niż innych gatunków nieinwazyjnych. Mimo to rola związków mikoryzowych w mechanizmie inwazyjności roślin pozostaje nie w pełni rozpoznana. Niewiele wiadomo na temat wpływu gatunków obcych na zbiorowiska mikroorganizmów glebowych. Istotnym byłoby rozpoznanie tzw. roślinnej niszy mikoryzowej (plant mycorrhizal niche space - PMNS) i zrozumienie zależności zachodzących w PMNS zarówno dla rodzimych, jak i obcych gatunków roślin. Pojęcie PMNS oznacza zdolność rośliny do wykorzystywania i kształtowania puli grzybów mikoryzowych siedliska w oparciu o jej zależność od grzybów mikoryzowych oraz cech i efektu pierwszeństwa (priority effect). Rozpoznanie PMNS może a) wspomóc predykcję potencjalnej inwazyjności roślin, b) wyjaśnić: rolę zbiorowisk grzybów mikoryzowych w inwazji roślin, c) wyjaśnić wpływ inwazji roślin na strukturę zbiorowiska grzybów mikoryzowych w nowych siedliskach (efekt sąsiedztwa), d) wspomóc procesy decyzyjne w gospodarowaniu ekosystemami w celu renaturyzacji siedlisk zasiedlonych przez inwazyjne gatunki obce. Biorąc pod uwagę zagrożenie jakie niosą za sobą gatunki obce ważne jest określenie względnego znaczenia czynników ułatwiających lub hamujących ich inwazję. Przedmiotem badań będą spokrewnione ze sobą gatunki drzew Prunus serotina i P. padus. Celem badań będzie identyfikacja zbiorowisk grzybów korzeni i gleby czeremch oraz ocena frekwencji mikoryzowej korzeni tych drzew. Założono, że i) zostaną zidentyfikowane grzyby specyficzne dla obu gatunków, ii) dla P. serotina będą wykryte taksony dotychczas obce na terenie badań, iii) wśród grzybów mikoryzowych P. serotina będą dominowały mikoryzy arbuskularne, iv) frekwencja taksonów ektomikoryzowych będzie wyższa w przypadku P. serotina niż w przypadku P. padus. Powyższe badania pozwolą wskazać, czy na mechanizm inwazyjności P. serotina może wpływać zbiorowisko grzybów, a zwłaszcza grzybów mikoryzowych. Trzydzieści prób korzeni (15 prób z P. serotina, 15 prób z P. padus) zostanie poddane ocenie frekwencji mikoryzowej (metody klasyczne - morfotypowanie). Do identyfikacji grzybów metodami molekularnymi zostanie pobranych 30 prób korzeni drobnych (15 prób – P. serotina, 15 prób P. padus), 30 prób gleby (15 prób spod P. serotina, 15 prób spod P. padus). Po ekstrakcji środowiskowego DNA, ITS1 i ITS2 rDNA będą sekwencjonowanie systemem Illumina SBS w Genomed S.A. Poznań. Wyniki będą poddane analizie bioinformatycznej i statystycznej. Unikalne sekwencje i te krótsze niż 200 pz zostaną usunięte z dalszej analizy. Pozostałe sekwencje będą zgrupowane z minimum 98% identyczności sekwencji. Otrzymane sekwencje będą porównane przy użyciu algorytmu BLAST z sekwencjami referencyjnymi z bazy danych UNITE. Funkcja grzybów w zbiorowisku zostanie określona na podstawie danych literaturowych oraz z wykorzystaniem baz m.in. EctoMYcorrhizae i FUNGuild (http://www.funguild.org). Uzyskane wyniki będą wstępem do dalszych badań dotyczących poznania wpływu grzybów na mechanizm inwazyjności czeremchy amerykańskiej oraz mogą one zostać poszerzone o inne gatunki drzewiastych roślin inwazyjnych np. dęba czerwonego (Quercus rubra L.) czy klon jesionolistny (Acer negundo L.). Wyniki zostaną opublikowane i rozpowszechnione w renomowanych czasopismach naukowych, a także popularnonaukowych oraz zaprezentowane podczas wystąpień na konferencjach.