Autoreferat rozprawy doktorskiej - Wydział Biologii UW

Autoreferat rozprawy doktorskiej
Julia Pawłowska
Zróżnicowanie endofitów grzybowych u pierwotnych roślin lądowych
Julia Pawłowska
Zakład Systematyki i Geografii Roślin, Instytut Botaniki, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski
Promotor:
prof. dr hab. Bożena Zakryś
Recenzenci: prof. dr hab. Wiesław Mułenko
Zakład Botaniki i Mykologii, Instytut Biologii i Biochemii, Wydział Biologii i
Biotechnologii, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej
prof. dr hab. Maria Rudawska
Pracownia Badania Mykoryz, Instytut Dendrologii, Polska Akademia Nauk
W ostatnich latach intensywnie rozwijają się badania nad zróżnicowaniem grzybów
kolonizujących bezobjawowo tkanki roślin lądowych, tzw. endofitami. Wciąż jednak niewiele
wiadomo na temat ich występowania oraz potencjalnej roli w kolonizacji środowiska
lądowego przez rośliny. Zestawienie ze sobą danych o ewolucji roślin i grzybów nie
pozostawia wątpliwości, że grupy te pozostawały ze sobą w silnym związku (rys. 1). W
czasie, w którym różnicowały się wybrane grupy roślin, wśród grzybów również zaczynała
wzrastać liczebność gatunków w obrębie kolejnych kladów. Znaleziska kopalne z Rhynie
potwierdzają, że w tkankach najstarszych roślinach lądowych mogli egzystować zarówno
przedstawiciele Glomeromycota (w podziemnych częściach) jak i Ascomycota (w pędach). O
ile badaniem związków grzybów należących do Glomeromycota z pierwotnymi roślinami
lądowymi zajmowało się intensywnie wiele grup badaczy (m.in. Schüßler, 2000; Schüßler
i wsp., 2001), o tyle stosunkowo mało wiadomo na temat mikroorganizmów zasiedlających
nadziemne części tych roślin. Z tego względu, w niniejszej pracy skoncentrowano się na
analizie różnorodności właśnie tej grupy organizmów.
Głównym celem badań była analiza zróżnicowania składu gatunkowego grzybów
endofitycznych pierwotnych roślin lądowych (wątrobowców, mchów, widłaków, skrzypów i
paproci). Posłużyła ona do weryfikacji hipotezy zakładającej, że niektóre grzyby endofityczne
pędów pierwotnych roślin lądowych są ich obligatoryjnymi symbiontami, ułatwiającymi
kolonizację środowiska lądowego. Realizacji celu głównego posłużyły następujące cele
szczegółowe:
1
Autoreferat rozprawy doktorskiej
Julia Pawłowska
- izolacja i identyfikacja grzybów z tkanek pierwotnych roślin lądowych (wątrobowców,
mszaków, widłaków, skrzypów, paproci);
- określenie stałości składu gatunkowego grzybów endofitycznych oraz charakterystyka ich
dróg transmisji.
Rysunek 1. Koewolucja grzybów i roślin lądowych. Na osi poziomej znajduje się skala czasu liczona w milionach lat wraz
z odpowiadającymi im okresami geologicznymi (za International Comission on Stratigraphy). Powyżej osi czasu
przedstawiono szacowaną liczebność głównych grup roślin w poszczególnych okresach (kolory oznaczają
kolejne grupy roślin; za Niklas i wsp., 1983 zmienione). Poniżej osi czasu przedstawiono wydatowane sześcioma
skamienielinami drzewo filogenetyczne wybranych grup grzybów (za Redecker i wsp., 2000 zmienione). Białe
przerywane pola oznaczają nieciągłość skali. Przerywane, czarne linie pionowe łączą kluczowe wydarzenia na
obydwu częściach wykresu.
2
Julia Pawłowska
Autoreferat rozprawy doktorskiej
Podczas realizacji pracy przeanalizowano ponad 2000 fragmentów roślin, z których
wyizolowano około 1000 szczepów grzybów. Wszystkie szczepy zidentyfikowano posługując
się klasycznymi metodami stosowanymi w badaniach morfologicznych oraz technikami
biologii molekularnej. Wśród 57 zidentyfikowanych gatunków dwa opisano jako nowe dla
nauki (Paraconiothyrium babiogorense i Paraconiothyrium polonense), dwa inne
reklasyfikowano (Mucor luteus i Paraconiothyrium lycopodinum). Kilka taksonów było po
raz pierwszy notowanych dla Polski (Allantophomopsis lycopodina, Cadophora luteoolivacea, Cladosporium ossifragi, Gelasinospora tetrasperma, Leiosphaerella lycopodina,
Paraconiothyrium sp., Rhizosphaerea kalkhoffii, Stagonospora pteridiicola).
Przeprowadzone badania pozwoliły także odpowiedzieć na następujące pytania:
a) Czy bogactwo i skład gatunkowy grzybów endofitycznych pierwotnych roślin
lądowych odbiega od tego u roślin nago- i okrytozalążkowych?
Liczba gatunków grzybów endofitycznych współcześnie zasiedlających tkanki pierwotnych
roślin lądowych jest mniejsza niż u roślin nago- czy okrytozalążkowych, a zróżnicowanie
zespołów grzybowych zasadniczo odmienne. Tylko nieliczne grzyby, takie jak Phoma
herbarum czy Trichoderma viride, były wcześniej notowane jako endofity roślin nasiennych.
Wiele z wyizolowanych grzybów to powszechnie znane patogeny roślin (przedstawiciele
rodzajów Mycosphaerella czy Coniothyrium), co potwierdza sugestie innych badaczy, że
endofityzm może być jedynie fazą w cyklu życiowym, a nie permanentnym stanem.
Przeprowadzone badania są pierwszymi, które w tak bezpośredni sposób wskazują, że
specyficzne gatunkowo grzyby endofityczne, występujące licznie w populacji rośliny
żywicielskiej, mogą być znanymi od dawna patogenami.
b) Czy istnieją różnice w składzie zespołów grzybów pomiędzy poszczególnymi
żywicielami
(specyficzność
gatunkowa)
i
ich
miejscem
występowania
(stanowiskami) ?
Skład zespołów grzybów endofitycznych pierwotnych roślin lądowych zależy raczej od
miejsca bytowania niż od rośliny żywicielskiej; różnice pomiędzy poszczególnymi
żywicielami
były
słabo
zaznaczone.
Specyficzność
gatunkową
względem
rośliny
żywicielskiej zaobserwowano tylko w przypadku kilku gatunków: Paraconiothyrium
babiogorense względem Huperzia selago; Paraconiothyrium lycopodinum, Leiosphaerella
lycopodina i Allantophomopsis lycopodina względem Lycopodium annotinum oraz
Stagonospora pteridiicola względem Pteridium aquilinum; endofityczne szczepy Gibberella
3
Autoreferat rozprawy doktorskiej
Julia Pawłowska
tricincta były izolowane jedynie z kłosów zarodnionośnych obydwu gatunków widłaków, co
sugeruje specyficzność względem organu rośliny żywicielskiej.
c) Jak są nabywane i przekazywane grzyby endofityczne pierwotnych roślin
lądowych i czy zespoły grzybów są stałe czy zmienne w czasie ?
Skład gatunkowy zespołów grzybów endofitycznych pierwotnych roślin lądowych
charakteryzuje się dużą zmiennością sezonową; zaledwie 9 spośród 46 zidentyfikowanych
taksonów wystąpiło przez cały sezon wegetacyjny w okresie dwóch lat prowadzenia badań.
Taki wynik sugeruje, że grzyby nie są przekazywane wertykalnie, bo wówczas byłyby stale
obecne w tkankach rośliny-gospodarza. Dodatkowym argumentem jest fakt, że nie wykryto
wertykalnej transmisji grzybów ani u widłaków ani u paproci, co wskazuje na ich
środowiskowe pochodzenie. Jedynym wyjątkiem jest wroniec widlasty (Huperzia selago),
występujący na stanowiskach wysokogórskich, u którego zaobserwowano transmisję
endofitów poprzez struktury rozmnażania wegetatywnego (rozmnóżki). Powyższe wnioski
pozwalają odrzucić testowaną hipotezę i dowodzą, że grzyby endofityczne pierwotnych roślin
lądowych raczej nie są ich obligatoryjnymi symbiontami, które umożliwiły ich przodkom
kolonizację środowiska lądowego; zazwyczaj nie są przekazywane wertykalnie, tylko
nabywane ze środowiska podczas życia rośliny.
Część wyników zawartych w niniejszej pracy została opublikowana w:
Walther G., J. Pawłowska, A. Alastruey-Izquierdo, M. Wrzosek, J.L. Rodriguez-Tudela,
S. Dolatabadi, A. Chakrabarti, S.G. de Hoog. 2013. DNA barcoding in Mucorales: an
inventory of biodiversity. Persoonia (w druku).
Budziszewska J., W. Szypuła, M. Wilk, M. Wrzosek. 2011. Paraconiothyrium babiogorense
sp. nov., a new endophyte from fir club moss Huperzia selago (Huperziaceae). Mycotaxon
115: 457-468.
Budziszewska J., Szypuła W. 2010. Influence of site conditions on the diversity of
endophytic fungi of clubmoss species Huperzia selago (L.) Bernh. ex Schrank et Mart. Polish
Journal of Ecology 58(4): 627-634.
Budziszewska J., J. Piątkowska, M. Wrzosek. 2010. Taxonomic position of Mucor hiemalis
f. luteus. Mycotaxon 111: 75-85.
4