Unterirdische Influencer am Werk

Kurz & Knapp

Die mikrobielle Gemeinschaft im Wurzelraum – das Mikrobiom – ist wichtig für das Gedeihen einer Pflanze. Deshalb fördert die Pflanze durch Wurzelabsonderungen jene Mikroben, die für sie nützlich sind.
Ein internationales Team unter Beteiligung von Gaterslebener Pflanzenforschern hat nun gezeigt, dass auch das Mikrobiom seinerseits Signale an die Pflanzenwurzeln sendet.
Die „bakteriellen Influencer“ bringen die Wurzeln auf diese Weise dazu, bestimmte Stoffe abzusondern. Diese Kommunikation dient vermutlich der Aufbereitung der Erde im Wurzelraum.

Wie Mikrobiom und Wurzel kommunizieren

Im Wurzelraum einer Pflanze existiert ein komplexes Ökosystem mit zahlreichen Arten von Mikroorganismen. Manche dieser Mikroben leben mit der Pflanze in einer Art Symbiose. Jetzt haben Forscher entdeckt, dass die Mikroben im Wurzelraum beeinflussen, welche Stoffe die Pflanze über ihre Wurzeln absondert.

Die mikrobielle Gemeinschaft im Wurzelraum einer Pflanze – das Wurzelmikrobiom – beeinflusst deren Wachstum, Gesundheit und Produktivität. Bestimmte Mikroorganismen stellen Stoffwechselprodukte her, die der Pflanze nutzen. Andere produzieren antibiotische Substanzen, die krankheitsrerregende Mikroorganismen bekämpfen.
Die Pflanze ihrerseits greift in die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft in ihrem Wurzelraum ein, indem sie bestimmte Stoffe absondert, welche die Vermehrung der für sie nützlichen Bakterien begünstigt.

Jetzt hat ein internationales Pflanzenforscherteam nachgewiesen, dass diese Kommunikation auch in die andere Richtung funktioniert: Die Mikroben im Wurzelraum beeinflussen ihrerseits, welche Substanzen die Wurzeln absondern.

Systemischer Effekt auf den Stoffwechsel

An dem Forschungsteam war auch Jedrzej Szymanski vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben beteiligt. Um den unterirdischen Kommunikationswegen auf die Spur zu kommen, spalteten die Forschenden die Wurzeln von Tomatenpflanzen in zwei Hälften: die eine Wurzelhälfte ließen sie in mikrobenreicher Erde wachsen, die andere Hälfte wuchs hingegen unter sterilen Bedingungen. So entdeckten sie, dass die Bakterienart Bacillus durch chemische Signale das gesamte Wurzelwerk der Pflanze dazu bringt, bestimmte Acylzucker zu bilden und auszuscheiden.

Am Beispiel von Tomatenpflanzen entdeckten Pflanzenforscher den SIREM getauften Kommunikationsmechanismus zwischen Bodenmikroben und Pflanzenwurzeln. © Bishnu Sarangi/Pixabay; CC0

Potenzial für die Pflanzenzüchtung

Der von den Forschenden SIREM getaufte Austausch von Signalen zwischen Mikrobiom und Wurzel ist für die Interaktion zwischen Pflanze und ihrer Umgebung lebenswichtig. Vermutlich fördern die ausgelösten Wurzelausscheidungen die Aufbereitung der Erde.

Das Verständnis dieses regulatorischen Netzwerks ist auch für die Pflanzenzüchtungsforschung von Bedeutung. So könnten künftig Pflanzensorten entwickelt werden, die mit dem Mikrokosmos aus Bakterien, Pilzen und Archaeen rund um ihre Wurzeln noch besser wechselwirken.

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In Kooperation mit bioökonomie.de

Wissenschaftsjahr 2020/21 - Bioökonomie

Das Wissenschaftsjahr 2020/21 widmete sich dem Thema Bioökonomie. Knapper werdende Ressourcen und Nutzflächen bei gleichzeitig wachsender Weltbevölkerung, Klimawandel und Rückgang der Artenvielfalt – all dies sind globale Herausforderungen. Eine Umstellung ist daher notwendig: weg von einer Wirtschaftsform, die auf fossilen Ressourcen basiert, hin zu einer nachhaltigen, biobasierten Wirtschaftsweise – der Bioökonomie. Die Wissenschaft treibt diese Innovationen voran und sorgt dafür, dass Mikroorganismen, Proteine, Algen und weitere „kleine Helden“ der Bioökonomie große Wirkung entfalten. Bürgerinnen und Bürger wurden aufgefordert, diesen Wandel im Dialog mit Wissenschaft und Forschung und im Rahmen zahlreicher Diskussions- und Mitmachformate im Wissenschaftsjahr aktiv mitzugestalten.