NKFI K_124341 "Global patterns to molecular problems in lichenology" [Globális mintázatoktól a molekuláris problémákig a lichenológia területén]

HU NKFI (NKFI K_124341, 2017 - 2021, futó projekt)
A projekt fő vezetője: 
Dr. Farkas Edit témavezető
A projektet vezető intézmény: 
MTA ÖK Ökológiai és Botanikai Intézet
Rövid leírás: 

A környezeti problémák megoldásában jelentős zuzmó-együtteseket kutatjuk. A zuzmók között vannak bioindikációra alkalmasak, amelyek kipusztulásukkal jelzik a kedvezőtlen változásokat, mások elszaporodásukkal reagálnak ezekre a hatásokra. A zuzmók változatos színű, felépítésű, teleptestű élőlények. Legalább két különböző rendszertani helyzetű partner alkotja őket, a fotoszintézisre képes algákat vagy cianobaktériumokat gombafonalak veszik körül. Ehhez a biológiai változatossághoz járul hozzá az a kémiai sokféleség, amit kb.1000-féle speciális szerves, az élővilágban egyedülálló
zuzmóvegyület alkot. A speciálisan csak rájuk jellemző anyagaik kémiai azonosításán alapuló revíziójuknak eredményeként pontosabban azonosíthatók lesznek, illetve eddig ismeretlen kémiai változatokat fedezhetünk fel. Molekuláris genetikai vizsgálatokkal igazoljuk néhány hazánkból leírt faj taxonómiai helyzetét és fajon belüli változatosságát. Mindezeknek természetvédelmi szempontból is jelentősége van. Speciális mikroszkópi diagnosztikai módszert dolgozunk ki. UV-tűrő tesztfajokat választunk ki a globális környezeti vizsgálatok hatásainak vizsgálatához.

A rangos folyóirat-publikációkon túl távlati célként gazdagon illusztrált határozókönyv és elterjedési atlasz megjelentetése szerepel (részben kiegészítő forrásból), ami segíti a további kutatásokat és alkalmazott területeket az ökológiától a monitorozásig, illetve oktatási célokat szolgál, kiváló kiindulópont a lichenológia tudományát, illetve a biológiai és kémiai diverzitást megismerni vágyó fiatalok, egyetemisták számára.

Célok: 

Revíziós vizsgálatokat folytatunk, hogy a Közép-Európában/a Kárpáti régióban élő zuzmótaxonok pontos elterjedését és azok globális környezeti változásokkal összefüggő változását megállapíthassuk. Számos taxont vizsgálunk, ahol a zuzmóanyagoknak kiemelt szerepe van azonosításukban. A globális változások monitorozásához főként a leveles és bokros telepű zuzmók azonosítása, a bioindikációhoz pedig az apró kéregtelepű zuzmók ismerete jelentős.
A módszerek fejlődése lehetővé teszi, hogy a kromatográfiás módszerek (HPTLC, HPLC) alkalmazásával ki tudjuk mutatni ezeknek az anyagoknak a jelenlétét és mennyiségét. A másutt nem kutatott endemikus fajok példányain molekuláris genetikai vizsgálatokkal igazoljuk taxonómiai pozíciójukat és fajon belüli változatosságukat. Revideáljuk az 1994-ben megjelent határozókulcsot. Digitális illusztrációs anyagot állítunk össze, a fajok múlt és jelenlegi elterjedését térképen ábrázoljuk. Célunk, hogy az elterjedési típusok megállapításával a környezeti változásokhoz köthetően a különböző területek biodiverzitására vonatkozó predikciókat tehessünk. Szatellit kutatásként a zuzmóanyagok lokalizációjának flluoreszcenciamikroszkóppal történő vizualizálhatóságát kutatjuk. UV-szűrő pigment tartalmú tesztzuzmóval kutatjuk a sugárzás és a kémiai diverzitás kapcsolatát.
Az új kémiai változatokról, az európai és világjelentőségű zuzmó- és zuzmólakó gombataxonokról rangos folyóiratpublikációkat jelentetünk meg, összegző tanulmányokat készítünk a különböző elterjedés-típusokról, azok kialakulásának lehetséges magyarázatáról. Az eredmények szintézise könyvkéziratot eredményez, aminek megjelentetését további források bevonásával tervezzük.

Eredmények: 

Project report - NKFI K 124341
First year [01.09.2017_31.08.2018]
The part time contracts with assitant researcher fellows (Katalin Veres, Nóra Varga) and research assistants (Krisztina Szabó, Dóra Smahajcsik) were established.
The works on the project have been started according to the main aims.
Revisions
were started in various taxonomic groups (Cladonia – furcata/rangiformis, subulata/rei, pyxidata aggr., Lepraria – 12 species, Xanthoparmelia – usnic acid containing species, pokornyi/ryssolea and some other taxa) on the basis of morphology (LM) and lichen secondary chemistry. During the analysis of c. 800 specimens (from herbaria BP, DE, EGR, JPU, SZE, SZO, VBI) several (c. 50) lichen secondary substances known from earlier studies and 13 metabolites (LSMs) not extracted earlier from Hungarian lichen specimens were identified by HPTLC.
Posters has been presented on Lepraria [Farkas et al. 2017, 2018]. Papers on revisions of cetrelioid and leprarioid species are under preparation.
For a more detailed morphological investigation and analysis of localization of fluorescent lichen substances a modern SMZ18 NIKON stereo microscope was purchased. The digital camera unit is planned to be ordered in the second year of the project.
Rare and protected species
were investigated and their distribution studied. The results were presented as posters on protected species and Cladina species in region Balaton-felvidék and as a journal publication on Solorina saccata [Farkas et al.2017, Sinigla et al.2018a, b].
Further lichenicolous species were identified form Hungary and the Carpathian Basin. The manuscripts of journal publications are under preparation.
Results were presented
in Hungarian and international scientific meetings as posters.
Although it was planned, at last we had to make the decision not to participate in IMC11 congress because of its high costs, however our participation in the 2nd Lichen Genomics Workshop (Graz, Austria:2-5.11.2017) was considered very important and useful.
Molecular genetic studies were initiated.
Taxa and methodology for additional studies by molecular genetic methods were discussed. Analysis of Cladonia magyarica was selected as first priority. Since this species is legally protected in Hungary, permission for collection and scientific investigation were requested and received.
The background and plans of molecular genetic research was presented as oral presentation during 2nd Lichen Genomics Workshop [Farkas 2017]. First DNA extractions have been carried out in the Molecular Taxonomic Laboratory of the Hungarian Natural History Museum, Budapest. Specimens from lowland steppe and rocky grassland habitats were collected, samples of apothecial and sterile parts were selected for isolation.
Several DNA extraction methods and protocols were tested and compared. PCR reaction for ITS region was optimized and products were sequenced using the Sanger sequencing method. Further samples, genes and primers are going to be tested according to the most recent literature data to combine our previous results for a multigene analysis. The methods, applied parameters were consulted with colleagues R. Pino-Bodas and S. Stenroos in Finnish Museum of Natural History, Helsinki.
A field experiment was established
to justify the production of UV-protecting LSMs after acetone rinsing in the experimental field of the National Botanical Garden, Vácrátót (6 repeated investigations from 2018 to 2020 in each spring and autumn). The preliminary studies for this experiment have already been started and supported also by OTKA K81232. It was essential to know if the selected species Cladonia foliacea survives the acetone treatment [Farkas et al. 2017a, b, Veres et al. 2018]. Its vitality was analysed by chlorophyll fluorescence measurements (Fv/Fm values).
The first data show differences between control and acetone rinsed samples, as well as between samples collected from the lowland and the mountain site, however a further more detailed evaluation is necessary.
Currently a manuscript is under preparation on the results of chlorophyll fluorescence analysis (Fv/Fm measurements) of the preliminary studies.
We had 6 posters and 4 oral presentations in the following conferences:
XXth Symposium of Baltic Mycologists and Lichenologists, Gdansk, Poland, 25–29.09.2017
4th Conference on Cryptogams, Eger, Hungary, 1.11–30.12.2017
12th International Conference Advances in research on the flora and vegetation of the Carpato ‐ Pannonian region, Debrecen, Hungary, 23–25.02.2018
11. Magyar Ökológus Kongresszus [11th Congress of Hungarian Ecologists] Nyíregyháza, Hungary, 28–30.08.2018
2 papers have been published (Lőkös et al. 2018, Sinigla et al. 2018) and further 5 manuscripts are near to submission.