Manuel Stothut

• From Gene to Ecosystem – Retrospective molecular biodiversity monitoring of plant-associated arthropod communities and abiotic stress on plants
• Der globale Verlust der Biodiversität beschleunigt sich unter anthropogenen Einflüssen, doch langfristige Daten zu besonders artenreichen Gruppen wie Arthropoden sind aufgrund des arbeitsintensiven traditionellen Monitorings nach wie vor rar. Die Biodiversitätskrise erfordert daher innovative Ansätze, die kritische Wissenslücken schließen könnten. Moderne Sequenzierungstechnologien ermöglichen inzwischen die Gewinnung von Nukleinsäuren aus historischen Proben, selbst wenn diese ursprünglich nicht für Biodiversitätsuntersuchungen gesammelt wurden. Umweltarchive wie die Umweltprobenbank des Bundes (UPB), die zur Schadstoffüberwachung eingerichtet wurden, bewahren in so konserviertem Pflanzenmaterial auch Spuren assoziierter Arthropoden-Gemeinschaften. Diese Spuren lassen sich mittels Umwelt-DNA-(eDNA)-Metabarcoding analysieren, während RNA-Sequenzierung Einblicke in transkriptomische Reaktionen von Pflanzen auf Umweltstress bietet, auch wenn beide Methoden bislang wenig retrospektive Anwendung fanden. Die vorliegende Dissertation zeigt, dass Pflanzen als Bioindikatoren sowohl für die Diversität assoziierter Arthropoden als auch für Umweltstress dienen können. Pflanzenbasiertes eDNA-Metabarcoding ergänzt das traditionelle Arthropoden-Monitoring und übertrifft die Erfassung von Pflanzen–Arthropoden-Interaktionen sogar durch aufdecken mannigfaltigerer pflanzenassoziierter Arten. In retrospektiver Anwendung auf Umweltarchive wie die UPB offenbart der Ansatz unterschiedliche regionale Trends der Arthropoden-Diversität. Darüber hinaus enthalten selbst Jahrzehnte alte Herbarbelege bei minimalen Anforderungen an die Lagerungsbedingungen noch nachweisbare Arthropoden-eDNA. Parallel dazu zeigen transkriptomische Analysen der Rotbuche, dass Bäume ein molekulares Trockenstressgedächtnis entwickeln, was belegt, dass kryogene Sammlungen Signaturen langfristiger Umweltreaktionen bewahren. Insgesamt etabliert diese Arbeit das molekulare Biodiversitätsmonitoring mithilfe pflanzlicher Indikatoren für gegenwärtige und retrospektive Bewertungen von Arthropoden-Trends, ihren Umweltfaktoren und pflanzlichen Reaktionen auf den globalen Wandel.