Wissenschaftler haben zum ersten Mal das Mikrobiom von Pflanzen verändert und so die Verbreitung „guter“ Pflanzen erhöht. Bakterien die die Pflanze vor Krankheiten schützen.
Reisterrassen – illustratives Foto. Bildnachweis: Pixabay (Kostenlose Pixabay-Lizenz)
Die Ergebnisse veröffentlicht Nature Communications veröffentlicht von Forschern der Universität Southampton, China und Österreich, könnte den Bedarf an umweltschädlichen Pestiziden erheblich reduzieren.
Das öffentliche Bewusstsein für die Bedeutung unseres Mikrobioms – der unzähligen Mikroorganismen, die in und um unseren Körper leben, insbesondere in unserem Darm – wächst. Unser Darmmikrobiom beeinflusst unseren Stoffwechsel, unser Krankheitsrisiko, unser Immunsystem und sogar unsere Stimmung.
Auch Pflanzen beherbergen eine große Vielfalt an Bakterien, Pilzen, Viren und anderen Mikroorganismen, die in ihren Wurzeln, Stängeln und Blättern leben. Seit einem Jahrzehnt erforschen Wissenschaftler intensiv pflanzliche Mikrobiome, um zu verstehen, wie sie sich auf die Gesundheit einer Pflanze und ihre Anfälligkeit für Krankheiten auswirken.
„Zum ersten Mal konnten wir die Zusammensetzung des Mikrobioms einer Pflanze gezielt verändern und so die Anzahl nützlicher Bakterien erhöhen, die die Pflanze vor anderen schädlichen Bakterien schützen können“, sagt Dr. Tomislav Cernava, Co-Autor der Arbeit und außerordentlicher Professor für Pflanzen-Mikroben-Interaktionen an der University of Southampton.
„Dieser Durchbruch könnte die Abhängigkeit von umweltschädlichen Pestiziden verringern. Dies ist uns beim Reisanbau gelungen, aber der von uns geschaffene Rahmen könnte auch auf andere Pflanzen angewendet werden und andere Möglichkeiten zur Verbesserung ihres Mikrobioms eröffnen. Beispielsweise könnten Mikroben, die die Nährstoffversorgung von Nutzpflanzen erhöhen, den Bedarf an synthetischen Düngemitteln verringern.“
Das internationale Forschungsteam entdeckte, dass ein bestimmtes Gen im Lignin-Biosynthesecluster der Reispflanze an der Gestaltung ihres Mikrobioms beteiligt ist. Lignin ist ein komplexes Polymer, das in den Zellwänden von Pflanzen vorkommt – die Biomasse einiger Pflanzenarten besteht zu mehr als 30 Prozent aus Lignin.
Erstens beobachteten die Forscher, dass es bei der Deaktivierung dieses Gens zu einem Rückgang der Population bestimmter nützlicher Bakterien kam, was seine Bedeutung für die Zusammensetzung der Mikrobiomgemeinschaft bestätigte.
Anschließend machten die Forscher das Gegenteil und überexprimierten das Gen, sodass es mehr von einem bestimmten Metabolitentyp produzierte – einem kleinen Molekül, das von der Wirtspflanze während ihrer Stoffwechselprozesse produziert wird. Dadurch erhöhte sich der Anteil nützlicher Bakterien im Pflanzenmikrobiom.
Als diese manipulierten Pflanzen ausgesetzt waren Xanthomonas oryzae – einem Krankheitserreger, der in Reiskulturen Bakterienfäule verursacht – waren sie wesentlich resistenter dagegen als Wildreis.
Bakterienfäule kommt in Asien häufig vor und kann zu erheblichen Ertragseinbußen bei Reis führen. Die Bekämpfung erfolgt in der Regel durch den Einsatz umweltschädlicher Pestizide. Der Anbau einer Pflanze mit einem schützenden Mikrobiom könnte also zur Verbesserung der Ernährungssicherheit und zum Schutz der Umwelt beitragen.
Das Forschungsteam untersucht nun, wie sie das Vorhandensein anderer nützlicher Mikroben beeinflussen können, um verschiedene Vorteile für die Pflanzengesundheit zu erschließen.
Die Homöostase des Mikrobioms auf Reisblättern wird durch ein Vorläufermolekül der Ligninbiosynthese reguliert wird veröffentlicht in Nature Communications veröffentlicht und ist online verfügbar.
Quelle: University of Southampton
