Oddělení mykorhizních symbióz

English

Co nás v současné době zajímá?



Vztah mezi strukturou a funkcí společenstev arbuskulárně mykorhizních hub

Kořeny rostlin jsou v přirozených podmínkách běžně kolonizovány mnoha druhy AM hub a tato společenstva symbiontů často přináší rostlinám větší prospěch než symbióza s jedinou houbou. Přes tento zřejmý význam diverzity AM hub pro fungování arbuskulární mykorhizy víme jen málo o tom, jak specifická společenstva AM hub vznikají a o vztahu mezi strukturou společenstva a funkcí mykorhizy. Této problematice se věnujeme v rámci společného pracoviště s Mikrobiologickým ústavem AV ČR. Kromě molekulárně genetických metod, které nám umožňují sledovat složení společenstev AM hub, využíváme metod izotopového značení pro sledování toků uhlíku a dusíku.

Dynamika společenstev mykorhizních hub v průběhu sukcese na výsypkách ve vztahu ke změnám vegetace a vývoji půdy

Výsypky hnědouhelných dolů představují unikátní systém pro studium primární sukcese. Přestože mykorhizní houby mají zásadní význam pro vývoj rostlinných společenstev, primární sukcesi mykorhizních hub v dlouhodobém časovém horizontu byla dosud věnována jen malá pozornost. To platí zejména pro interakce mezi různými skupinami mykorhizních hub. Při studiu dynamiky a infektivity společenstev mykorhizních hub v průběhu sukcese na výsypkových plochách starých 12, 20, 30 a 50 let využíváme rozsáhlé informace o vývoji půdy, vegetace a půdní bioty nashromážděné našimi spolupracovníky z ÚŽP Univerzity Karlovy. Provádíme jak odběr vzorků přímo v terénu, tak manipulativní skleníkové experimenty a využíváme molekulárních genetických metod pro identifikaci taxonů mykorhizních hub. Zvláštní důraz je kladen na interakce arbuskulárních a ektomykorhizních hub ve vztahu k vegetaci, půdní fauně a vývoji půdy.

Uchycení, přetrvávání a šíření vnášených mykorhizních hub

Inokulace mykorhizními houbami, tzn. jejich umělé vnášení do půd, je již mnoho let předmětem intenzivního výzkumu s cílem nahradit funkční mykorhizní symbiózou část vstupů v rostlinné produkci nebo zefektivnit revegetaci degradovaných ploch. Tento výzkum se však většinou zaměřuje pouze na růstovou odpověď rostlin, jen vzácně sleduje také rozvoje mykorhizních hub včetně vnášených izolátů v kořenech rostlin a půdě. Proto máme jen velmi málo informací o chování introdukovaných izolátů hub a jejich vlivu na nativní mikrobiální společenstva. Tyto informace jsou přitom zásadní nejen pro zefektivnění inokulačních postupů, ale zejména také pro odhadnutí invazního potenciálu mykorhizních hub a možných negativních důsledků inokulací.

Rostlinné invaze: příčina či důsledek rozšíření mykorhizních hub?

Většina rostlin, které jsou za přispění člověka zavlečeny mimo své původní areály výskytu, se musí vypořádat s novými podmínkami prostředí. Jen nemnohým z nich se podaří uchytit a některé (nejúspěšnější) druhy se mohou dokonce začít šířit na úkor původních společenstev. Takovým druhům pak říkáme druhy invazní. Zda se nepůvodní rostlinný druh stane invazním mohou významně ovlivnit mykorhizní houby se kterými se v novém prostředí setká. V našem výzkumu se zaměřujeme především na ektomykorhizní (Pinus sp., Eucalyptus sp., etc.) a arbuskulárně mykorhizní (Leucanthemum sp., Cirsium sp., etc.) rostliny a změny v komunitách interagujících mykobiontů a charakteru mykorhizní asociace v průběhu invazního procesu. Kromě toho se také věnujeme potenciálním rizikům zavlékání nepůvodních mykorhizních hub spolu s nepůvodními rostlinami.

Biogeografie hub

Houby mají nezastupitelnou roli ve většině ekosystémů, avšak velmi málo víme o faktorech ovlivňujících jejich druhovou bohatost a celosvětové rozšíření. V rámci našeho výzkumu se zaměřujeme především na i) význam zavlečených rostlin na globální rozšíření a druhovou bohatost hub a ii) pochopení významu fylogeografie rostlin z čeledi Ericaceae na biogeografii jejich kořenových symbiontů (erikoidněmykorhizních hub). Kromě moderních metod (next generation seqeuncing) určování hub, využíváme rovněž bohatých databázových zdrojů pro určení rozšíření jednotlivých druhů hub.

Určování hub pomocí molekulárních metod

Určování hub pomocí sekvencí DNA je v dnešní době nejrozšířenější a obecně přijímanou metodou, která znamenala revoluci ve studiu a pochopení komunitní ekologie a rozšíření hub. Podobně jako většina metod, i tato však trpí mnoha problémy, se kterými se vědci musí dnes a denně vypořádávat. Cílem našeho výzkumu je odhalování slabých míst v určování hub pomocí sekvenace DNA a vyvíjení nových metodických postupů, které by tato slabá místa překonávaly. Typicky se jedná o problémy s výběrem vhodných regionů DNA a k ním příslušných primerů. Náš výzkum se zaměřuje především na arbuskulárně mykorhizní houby spadající do oddělení Glomeromycota.

Úloha kořenů a opadu ve zpětnovazebných interakcích rostlin a půdy a jejich vliv na sukcesi půdních organizmů a rostlin

Znalost přesných mechanismů interakcí mezi nadzemní a podzemní složkou ekosystému, které určují složení rostlinných a mikrobiálních společenstev, je dosud velmi omezená. Náš výzkum se proto zaměřuje na komplexní vztahy mezi rostlinami, půdními abiotickými podmínkami a půdní biotou, které jsou odpovědné za různé formy zpětnovazebných interakcí. Nejdůležitějšími faktory, kterými rostliny ovlivňují půdy, jsou kořeny a opad. Vliv kořenů se uplatňuje nejvíce v průběhu vegetační sezóny. Působí zejména na specifické organismy osídlující kořeny, jako jsou symbionti, patogeni či paraziti, a jejich vliv je krátkodobý. Vliv opadu je naopak dlouhodobý a spíše nepřímý – má význam při tvorbě půdy a koloběhu živin. Zajímá nás, jak se mění úloha těchto dvou faktorů v průběhu sukcese a jak vzájemně interagují. Téma studujeme v časových řadách ve dvou odlišných ekosystémech – na výsypkách hnědouhelných dolů a v lomu po těžbě vápence. Výzkum probíhá ve spolupráci s Oddělením popolační ekologie našeho ústavu, ÚŽP Univerzity Karlovy a Mikrobiologickým ústavem AV ČR.

Potenciál endofytních mikroorganismů pro růst a ochranu rostlin

Většina rostlin hostí ve svých pletivech širokou skupinu mikroorganismů, jejichž přítomnost v těchto pletivech je alespoň po část jejich životního cyklu bez patogenních symptomů a negativního vlivu na hostitele. Diversita a funkce těchto tzv. endofytů jsou předmětem intenzivního výzkumu mimo jiné pro jejich biotechnologický potenciál. Ten endofyté vykazují jednak z hlediska získávání nových bioaktivních látek a jednak pro potenciální agrotechnologické využití. Četné doklady ukazují, že endofyté zvyšují schopnost hostitelů kontrolovat patogeny různého původu, zvyšují klíčivost semen, usnadňují uchycování rostlin za zhoršených podmínek, podporují růst rostlin, usnadňují dekompozici odumřelých pletiv, modifikují kořenový systém, poskytující ochranu před stresem způsobeným zasolenými půdami, suchem, polutanty, chorobami aj. Některé z těchto efektů testujeme v rámci projektu „Zvýšení fytoremediační a produkční kapacity energetických rostlin na marginálních a kontaminovaných půdách prostřednictvím endofytních a mykorhizních symbiontů“ financovaném Technologickou agenturou ČR (č. TA03011184). Projekt si klade za cíl vyvinout, otestovat a komercionalizovat biotechnologii spočívající v cílené inokulaci energetických rostlin endofytními a mykorhizními symbionty. Našimi modelovými energetickými rostlinami (jde o rostliny produkující biomasu, která je posléze různými procesy konvertována na energii) jsou rychle rostoucí topoly, ozdobnice obrovská a ozimá řepka. V rámci projektu byla vytvořena sbírka endofytních mikroorganismů izolovaných z výše uvedených rostlin, s jejímiž zástupci nyní provádíme nádobové a polní experimenty.

Ke stažení: Sbírka endofytních hub [PDF].