Was lässt dieses invasive, nicht heimische Schilfgras in den Feuchtgebieten gedeihen?

Das Mississippi-Delta ist die Heimat des weltweit größten zusammenhängenden Schwadens von Phragmites australis, oder besser bekannt als Schilfrohr. Aber die Pflanze, die fast 20 Fuß hoch werden kann und eine entscheidende Komponente bei der Stabilisierung der Küste des Staates gegen Erosion war, ist eigentlich nicht in Louisiana beheimatet – nun, nicht ganz.

Es gibt mehrere P. australis-Genotypen. Die Unterart P. australis oder ssp. Americanus ist die einheimische Unterart in den USA und Kanada. Phragmites australis ssp. australis stammt ursprünglich aus Mitteleuropa und wurde anschließend in die USA eingeführt, wo sie heute als eine der problematischsten invasiven Arten in Nordamerika gilt.

Was Umweltforscher verwirrt hat, ist die invasive ssp. australis hat Fähigkeiten gezeigt, die über die des nativen ssp hinausgehen. americanus in seiner Fähigkeit, in den Feuchtgebieten, insbesondere rund um die Großen Seen, zu gedeihen, wächst oft viel größer und dichter heran und stört wiederum das einheimische Ökosystem.

In einer neu erschienenen Studie in Molekulare Ökologie, die kürzlich in einer Ausgabe von The Scientist vorgestellt wurde, arbeiteten LSU-Forscher mit der Tulane University und dem US Geological Survey zusammen, um die genomischen Grundlagen von P. australis zu untersuchen und zu untersuchen, was genau dazu führt, dass die invasive Schilfgras-Unterart in Feuchtgebieten gedeiht, im Vergleich zu seiner einheimisches Gegenstück. Für diese bahnbrechende Genomstudie wurden Proben von Standorten in der Region der Großen Seen verwendet, obwohl die Pflanze in ganz Nordamerika wächst.

„Wir versuchen, die genomische Grundlage für die Invasivität von Pflanzen zu verstehen“, sagte Dong-Ha Oh, wissenschaftlicher Assistenzprofessor im Dassanayake-Labor am Department of Biological Sciences der LSU und Hauptautor der Veröffentlichung.

Dieses Projekt führte zur ersten Genomreferenz für diese weltweit anerkannte invasive Pflanze, die von Pflanzenwissenschaftlern verwendet werden kann, die die Evolution invasiver Merkmale untersuchen, sowie von Wissenschaftlern, die genetisch basierte Strategien zum Management invasiver Pflanzen in der Naturschutzbiologie entwerfen.

Die Studie umfasste auch einen Vergleich von Genexpressionsdaten oder vergleichende Transkriptomik. Bei Verwendung mit dem neu zusammengesetzten Genom deutete dies darauf hin, dass Gene, die mit Pathogen- und Abwehrreaktionen assoziiert sind, in der invasiven Unterart kontinuierlich stark exprimiert wurden, während ähnliche Gene in der einheimischen Unterart mit viel geringeren Expressionsniveaus gefunden wurden und nur induziert wurden, wenn ein Pathogen vorhanden war .

„Wir sehen eine eingebaute Abwehrreaktion in den invasiven Pflanzen, die viel stärker ist als in der einheimischen Pflanze“, sagte Maheshi Dassanayake, außerordentlicher Professor am LSU-Department of Biological Sciences und korrespondierender Autor des Artikels. „Wenn wir zum Beispiel diesen beiden Pflanzen einen Krankheitserreger geben und dann testen, was passiert, sehen wir, dass die einheimische Pflanze drastisch reagiert, um auf den Angriff zu reagieren, während es der invasiven einfach egal ist, weil sie immer ihre Schilde hochhält.“

Chathura Wijesinghege, eine Doktorandin im Dassanayake Lab, trug zu dieser Arbeit bei, indem sie die Evolutionsgeschichte von Phragmiten und eng verwandten Gräsern nachzeichnete. Dassanayake wurde eingeladen, an einem bestehenden Projekt zwischen Keith Clay von Tulane und Kurt Kowalski von USGS mitzuarbeiten, das ein Genomprojekt mit dem Ziel finanzierte, genetische Kontrollmaßnahmen zu entwickeln, die einheimische Unterarten von invasiven Unterarten unterscheiden können, ohne unbeabsichtigte Schäden an einheimischer Fauna und Flora zu verursachen .

„Die USGS erkannte den Managementbedarf und leitete im Rahmen der neuen Studie eine Analyse der genetischen Ausstattung von Phragmites ein“, sagte Kowalski. „Diese Spitzenforschung liefert einen Fahrplan für die Weiterentwicklung artspezifischer Behandlungen zur Bekämpfung invasiver Phragmiten und bietet Einblicke in den Vergleich mit anderen Gräsern.“

Das Dassanayake Lab analysierte das Genom der invasiven Pflanze mithilfe der High Performance Computing-Dienste der LSU und enthüllte eine einzigartige Geschichte genomweiter Duplikationsereignisse, die wahrscheinlich neuartiges genetisches Material für die Divergenz der invasiven und einheimischen Unterart lieferten. Nach der Identifizierung von Referenzgenen im Genom untersuchte die Gruppe ihre Expression in der einheimischen Unterart im Vergleich zu der invasiven.

„[This invasive reed subspecies] zerstört Ökosysteme, die an das einheimische Schilf angepasst wurden, und [the USGS] möchte eine biologische Lösung finden, die den Einsatz von generischen Herbiziden oder arbeitsintensiver mechanischer Entfernung vermeidet“, sagte Oh wahrscheinlich in der Zwischenzeit einen Großteil der lokalen Biodiversität verlieren. Pflanzenbiologen und Naturschutzbiologen können also zusammenarbeiten, um effektive und nachhaltige Lösungen zu finden, um dieses Problem zu kontrollieren, bevor irreversible Schäden an unseren einheimischen Gemeinschaften beobachtet werden.“