Maximilian Lehenberger

• Within my PhD project I gained several novel insights into the poorly investigated symbiotic world of fungus farming ambrosia beetles and their bark beetle ancestors, where I especially focused on physiological interactions and capabilities of associated fungal symbionts. Here, (i) I could confirm the association of mutualistic Phialophoropsis fungi with the ambrosia beetle genus Trypodendron and found hints for a possible new Phialophoropsis species in T. signatum and T. domesticum. Moreover, I could show that mutualistic fungi ofWithin my PhD project I gained several novel insights into the poorly investigated symbiotic world of fungus farming ambrosia beetles and their bark beetle ancestors, where I especially focused on physiological interactions and capabilities of associated fungal symbionts. Here, (i) I could confirm the association of mutualistic Phialophoropsis fungi with the ambrosia beetle genus Trypodendron and found hints for a possible new Phialophoropsis species in T. signatum and T. domesticum. Moreover, I could show that mutualistic fungi of Trypodendron ambrosia beetles are able to decompose major woody polysaccharides such as cellulose and xylan. Additionally, (ii) I provided the first images using micro-computed tomography (µCT) of the formerly unknown structure of the mycetangium of Trypodendron leave. (iii) I could confirm a general tolerance towards ethanol in mutualistic ambrosia beetle fungi, while antagonistic fungi as well as most examined fungal bark beetle associates (e.g. possibly tree-defense detoxifying species) were highly sensitive to even low concentrations of ethanol. Further, (iv) I found that natural galleries of ambrosia beetles are highly enriched with several biologically important elements (such as N, P, S, K, Mg) compared to the surrounding woody tissue and suggest that mutualistic fungi are translocating and concentrating elements from the immediate surrounding xylem to the beetles galleries. Furthermore, (v) I could show that various fungi associated with bark and ambrosia beetles (mutualists, possibly beneficial symbionts) are emitting several volatile organic compounds mostly within aliphatic and aromatic alcohols and esters, while non-mutualistic and free living species were generally emitting a lower number and amount of volatiles. Finally, especially bark and ambrosia beetle fungi were found to incorporate several amino acids, from which some are especially important for the production of certain volatile organic compounds. Amino acid content also indicated a higher nutritional value for certain species. Here, I propose that especially volatile organic compounds are widespread key players in maintaining various symbioses between fungi and beetles, as already proven by a recent study on the bark beetle Ips typographus (as well as for some other bark beetle-fungus symbioses, see summary in Kandasamy et al. 2016) and also suggested for ambrosia beetles.…
• Im Rahmen meiner Promotion konnte ich einige neue Einblicke in die symbiotische Welt von Pilz-züchtenden Ambrosiakäfern sowie ihren direkten Vorfahren den Borkenkäfern, mit speziellen Fokus auf physiologische Interaktionen und Besonderheiten der assoziierten Pilzen, erlangen. Hier konnte ich (i) die Assoziation der europäischen Trypodendron Arten mit mutualistischen Pilzen in der Gattung Phialophoropsis generell bestätigen und fand des weiteren Hinweise auf eine vermutlich neue Phialophoropsis Art in den beiden Ambrosiakäfern T.Im Rahmen meiner Promotion konnte ich einige neue Einblicke in die symbiotische Welt von Pilz-züchtenden Ambrosiakäfern sowie ihren direkten Vorfahren den Borkenkäfern, mit speziellen Fokus auf physiologische Interaktionen und Besonderheiten der assoziierten Pilzen, erlangen. Hier konnte ich (i) die Assoziation der europäischen Trypodendron Arten mit mutualistischen Pilzen in der Gattung Phialophoropsis generell bestätigen und fand des weiteren Hinweise auf eine vermutlich neue Phialophoropsis Art in den beiden Ambrosiakäfern T. domesticum und T. signatum. Außerdem konnte ich zeigen, dass mutualistische Pilze, welche mit Ambrosiakäfern der Gattung Trypodendron assoziiert sind, wesentliche Polysaccharide im Holz (Cellulose und Xylan) abbauen können. Zusätzlich war es mir möglich, (ii) erstmals die Pilzsporen übertragende Struktur „Mycetangium“ des Ambrosiakäfers Trypodendron laeve zu untersuchen und durch den Einsatz von Mikro-Computertomographie (µCT) somit die ersten detaillierten Aufnahmen bereit zu stellen. Außerdem bestätigten und ergänzten meine Studien, (iii) das Ethanol� Toleranz unter Ambrosiakäfer-Pilzen eine wohl sehr weit verbreitete Besonderheit ist, wohingegen für die Käfer bzw. für die Ambrosiapilze schädliche Pilze stark durch schon geringe Ethanol-Konzentrationen gehemmt werden. Interessanterweise wurden auch nahezu alle mit Borkenkäfern assoziierten Pilze stark durch Ethanol gehemmt. Des Weiteren konnte ich zeigen, (iv) das natürliche Brutsysteme von Ambrosiakäfern, im Gegensatz zu unbesiedeltem Splintholz, sehr stark mit verschiedenen essentiellen Elementen (wie etwa N, P, S, K und Mg) angereichert sind. Sehr wahrscheinlich ist es den Pilzsymbionten möglich, Elemente aus unmittelbar umliegendem Splintholz abzuziehen und diese in den Brutsystemen der Käfer entsprechend anzureichern. Außerdem konnte ich zeigen, (v) das nahezu alle untersuchten Borken- und Ambrosiakäfer-Pilze (Mutualisten sowie möglicherweise begünstigende Symbionten) eine Vielzahl an flüchtigen Inhaltsstoffen produzieren, welche sich hier vor allem in die Gruppe der aliphatischen und aromatischen Alkohole und Ester eingliedern. Nicht mutualistische Pilze sowie freilebende Arten produzierten im Vergleich eine geringere Anzahl an unterschiedlichen flüchtigen Inhaltsstoffen und emittierten zumeist geringere Mengen davon. Schließlich konnte ich zeigen, dass vor allem Pilze welche mit Borken- und Ambrosiakäfern assoziiert sind, größere Mengen an verschiedenen Aminosäuren in ihrer Biomasse einbauen, von welchen einige besonders wichtig sind um bestimmte flüchtige Inhaltsstoffe zu bilden. Dazu kann durch den Anteil der gefundenen Aminosäuren in der Pilzbiomasse auf den nährstoffreichen Charakter der Pilze geschlossen werden. Diese flüchtigen Inhaltsstoffe haben mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit eine essenzielle Rolle innerhalb einer Vielzahl an Käfer-Pilz Symbiosen und sind vermutlich maßgeblich an dem Erfolg und Bestand solcher Symbiosen beteiligt. Dies wurde bereits in jüngster Vergangenheit bei dem Borkenkäfer Ips typographus mit seinen assoziierten Pilzen gezeigt (aber auch bei einigen weiteren Borkenkäfern, siehe Zusammenfassung von Kandasamy et al., 2016), während es bei Ambrosiakäfern bisher nur vermutet wurde.…