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Cryptic extinctions in native fungal communities caused by an alien invasive pathogen

English title Cryptic extinctions in native fungal communities caused by an alien invasive pathogen
Applicant Sieber Thomas Niklaus
Number 146591
Funding scheme Project funding
Research institution Professur Forstschutz und Dendrologie Institut für Integrative Biologie Departement Umweltwissenschaften
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Experimental Microbiology
Start/End 01.10.2013 - 31.12.2016
Approved amount 237'550.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Experimental Microbiology
Other disciplines of Environmental Sciences

Keywords (6)

environmental sampling; alien invasive species; conciliation biology; ash dieback; next generation sequencing; endophytic fungi

Lay Summary (German)

Lead
Führt die Einschleppung eines sich rasch ausbreitenden Pathogens zum Aussterben einheimischer Pilzgemeinschaften? - Die Europäischen Esche wird durch einen eingeschleppten pathogenen Pilz bedroht. Falls die Esche ausstirbt, sind mit ihr vergesellschaftete Organismen ebenfalls bedroht. In diesem Projekt soll geklärt werden, welche Pilze gemeinsam mit der Esche aussterben werden, und welche Pilze auf andere Wirte "ausweichen" könnten.
Lay summary

Die Einschleppung invasiver Pilze hat im Zuge der Globalisierung stark zugenommen. Besonders dramatisch wirkt sich die Einschleppung von Pilzen aus, die auf einheimische Pflanzen treffen, die den Eindringling nicht abwehren können. Da sich Pilz und Pflanze in geografisch getrennten Gebieten entwickelten, konnten sich Pilz und Pflanze nicht aneinander anpassen und die Pflanze keine Abwehrmechansimen entwickeln. Das anfangs der 1990er Jahre erstmals in Polen beobachtete Absterben der Europäischen Esche kann inzwischen fast überall in Europa beobachtet werden. Die Eschenwelke wird durch einen aus Ostasien eingeschleppten Pilz (Hymenoscyphus pseudoalbidus) verursacht, der auf den dortigen Eschen als harmlos gilt. Die Häufigkeit der Esche wird stark abnehmen. Mit der Esche werden viele mit ihr vergesellschaftete Organismen aussterben, es sei denn sie können auf andere Wirte ausweichen. Zu den bedrohten Organismen gehören endophytische Pilze. Endophytische Pilze kommen in allen Pflanzen vor und sind oft wirtsspezifisch. Endophyten von Gehölzen dringen in die Pflanzengewebe ein, bilden dort mikroskopisch kleine Strukturen aus, stellen dann aber ihr Wachstum ein. Krankheitssymptome entwickeln sich keine. Einige dieser Pilze sterben, sobald das Wirtsgewebe stirbt, andere nehmen das Wachstum wieder auf, sobald das Wirtsgewebe altert oder geschwächt ist. Die endophytischen Pilze dienen der Abwehr von Insekten, wirken gegen pathogene Pilze und Bakterien oder steigern das Pflanzenwachstum. Mit diesem Projekt möchten wir verschiedene Fragen beantworten: 1. Unterscheidet sich die Endophytenflora von gesunden und kranken Eschen; 2. Gibt es Endophyten, die für eine biologische Bekämpfung des Eschenwelkeerregers (EWE) in Frage kommen; 3. Unterscheidet sich die Endophytenflora von gesunden Eschen auf der Alpennord- von derjenigen auf der Alpensüdseite, wo der EWE noch nicht vorkommt; 4. Gibt es endophytische Pilze, die auf andere Wirte, z. B. Bergahorn, ausweichen können und solche, die mit der Esche aussterben?

Direct link to Lay Summary Last update: 30.04.2013

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Publications

Publication
The Endophytic Mycobiome of European Ash and Sycamore Maple Leaves – Geographic Patterns, Host Specificity and Influence of Ash Dieback
Schlegel Markus, Queloz Valentin, Sieber Thomas N. (2018), The Endophytic Mycobiome of European Ash and Sycamore Maple Leaves – Geographic Patterns, Host Specificity and Influence of Ash Dieback, in Frontiers in Microbiology, 9, 2345.
Communities of fungal endophytes in leaves of Fraxinus ornus are highly diverse
Ibrahim Mohammed, Sieber Thomas N., Schlegel Markus (2017), Communities of fungal endophytes in leaves of Fraxinus ornus are highly diverse, in Fungal Ecology, 29, 10-19.
MAT – gene structure and mating behavior of Hymenoscyphus fraxineus and Hymenoscyphus albidus
Wey Tea, Schlegel Markus, Stroheker Sophie, Gross Andrin (2016), MAT – gene structure and mating behavior of Hymenoscyphus fraxineus and Hymenoscyphus albidus, in Fungal Genetics and Biology, 87, 54-63.
Venturia orni sp. nov., a species distinct from Venturia fraxini living in the leaves of Fraxinus ornus
Ibrahim Mohammed, Schlegel Markus, Sieber Thomas N. (2016), Venturia orni sp. nov., a species distinct from Venturia fraxini living in the leaves of Fraxinus ornus, in Mycological Progress, 15(3), 1172*.
Forest health in a changing world
Pautasso Marco, Schlegel Markus, Holdenrieder Ottmar (2015), Forest health in a changing world, in Microbial Ecology, 69, 826-842.
Effects of endophytic fungi on the ash dieback pathogen
Schlegel Markus, Dubach Vivanne, von Buol Larissa, Sieber Thomas N., Effects of endophytic fungi on the ash dieback pathogen, in FEMS Microbiology Ecology, 92(9), fiw142.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
FP1103 (FRAXBACK) Sweden (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Arnaud Dowkiw, INRA Orléans France (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
GDC Symposium Talk given at a conference Validation and optimization of methods for the analysis of fungal diversity using next-generation sequencing 06.09.2016 Zurich, Switzerland Schlegel Markus;
Meeting Forschungseinheit Walddynamik, WSL Birmensdorf Talk given at a conference Can leaf endophytic fungi protect ash trees? 22.08.2016 Birmensdorf, Switzerland Sieber Thomas Niklaus; Queloz Valentin; Schlegel Markus;
Microbe-assisted crop production - opportunities, challenges & needs (miCROPe) Poster Applications of Endophytes and Their Secondary Metabolites to Combat Phytopathogens 26.11.2015 Tulln, Austria Schlegel Markus; Sieber Thomas Niklaus;
Zurich Mycology Symposium 2015 Talk given at a conference Endophytes of ash trees 16.01.2015 Wädenswil, Switzerland Schlegel Markus;
ITES - Montagskolloquium für die Praxis Talk given at a conference Aktuelle Forschung zum Eschentriebsterben 25.11.2013 Zürich, Switzerland Sieber Thomas Niklaus; Schlegel Markus;
Fraxinus dieback in Europe: elaborating guidelines and strategies for sustainable management (FRAXBACK) (FPS COST Action FP1103) Poster Biodiversity of endophytic fungi potentially threatened by ash decline 04.10.2013 Malmö, Sweden Queloz Valentin; Schlegel Markus;


Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
Applications of endophytes and their secondary metabolites to combat phytopathogens Poster 26.11.2015 Wien, Austria Sieber Thomas Niklaus; Schlegel Markus;


Abstract

The number of alien fungal species has dramatically increased during the last decades due to the increase of international trade and mobility, and the frequency of new introductions is expected to increase in the near future. Fungi are the second most diverse group of eukaryotes after the insects and assume important functions in most ecosystems. While a lot of attention has been dedicated to the interface between alien fungal pathogens and their host, only little is known about the effects of alien fungal invasions on species on the same trophic level, e.g. other fungi. Introduction of alien species in new ecosystems can threaten native species by reducing host density or by directly stimulating or suppressing resident fungal species. Endophytic fungi form distinct fungal communities in healthy plant tissues of all plant species. These endophytes are invisible to the naked eye, i. e. they are cryptic, and isolation of mycelia or DNA extraction from surface-sterilized tissues or microscopy are required to detect them. Thus, extinctions of endophytic species can go unnoticed (cryptic extinction). Introduction of the ash dieback pathogen (ADP), the ascomycete Hymenoscyphus pseudoalbidus, to Europe represents a great opportunity to study the ecological impact of an alien invasive species on the native fungal communities associated with ash (Fraxinus excelsior). Aims of the projects are (i) to evaluate the stability of resident communities of endophytic fungi in ash in the presence of H. pseudoalbidus and (ii) to compare endophyte communities of resistant and susceptible ash trees in order to find fungi suitable to suppress ADP. Prerequisites to achieve these goals are the comparison and optimization of methods of plant-surface sterilization and elimination of DNA from plant surfaces as well as testing the suitability of 454 sequencing to determine colonization density of endophytic fungi. We expect insights into the ecological functioning and stability of native fungal communities and hope to discover endophytic fungi suitable to control ADP.
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