Die Bedeutung mikrobieller Netzwerke für das Pflanzenwachstum

Wie wir Menschen leben auch Pflanzen mit einer Vielzahl von Mikroorganismen zusammen die auf oder in ihrem Gewebe wachsen und das sogenannte Mikrobiom bilden.
Unter der Rhizosphäre versteht man die Bodenschicht, die in direktem Kontakt mit den Pflanzenwurzeln steht.
Durch den Reichtum an Nährstoffen welche die Pflanze abgibt, stellt die Rhizosphäre einen “Hotspot” für die Aktivität unterschiedlichster Bakterien, Archäen Pilze und Oomyzeten dar, sowie für eine Mikrofauna aus Protisten und kleinen Insekten. Da sie sich den gleichen Lebensraum teilen, interagieren sie, indem sie sich entweder wie Verbündete oder wie Feinde verhalten und bilden so komplexe Interaktionsnetzwerke.

Häufig hat das Ergebnis dieser unterirdischen Geschäfte einen starken Einfluss auf das überirdische Pflanzenwachstum. Obwohl der Effekt nicht immer positiv ist, kann das Pflanzenwachstum durch die Mobilisierung und/oder den Transfer von wichtigen Nährstoffen wie Phosphor und Stickstoff durch die mikrobiellen Netzwerke verbessert werden.
Dies sieht man z.B. exemplarisch an einigen Pilzen aus der Rhizosphäre, die Insektenlarven parasitieren um Stickstoff zu sammeln und an die Pflanze weiterzugeben. Ein anderes Beispiel sind Protisten, die Bakterien fressen und anschließend die enthaltenen Nährstoffe für die Pflanze zugänglich machen.
Zusätzlich zur Verbesserung der pflanzlichen Nährstoffversorgung hat dieses mikrobielle Nahrungsnetz auch eine Kontrollfunktion und dient der Pflanze als Verteidigung gegen Pathogene, z.B. durch die Herstellung antimikrobieller Stoffe.

In CEPLAS versuchen die Wissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Forschungsfelder C und D diese komplexen Interkationen zu verstehen, und herauszufinden wie sie genutzt werden können um die Gesundheit von Pflanzen zu verbessern. Die Komplexität dieser Netzwerke soll nun durch eine Kombination aus modernen Sequenziertechniken, bioinformatischer und statistischer Auswertung von Mikrobiomdaten sowie von experimentellen Ansätzen. entschlüsselt werden.
Die Modifikation des pflanzlichen Mikrobioms hat das Potenzial das Auftreten von Pflanzenkrankheiten zu reduzieren, die landwirtschaftliche Produktion zu steigern, und den Einsatz von Chemikalien zu verringern. Dies würde zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft führen was wiederum grundlegend ist um die Versorgung der wachsenden Weltbevölkerung sicherzustellen.

Beitrag von Juliana Almario, Botanisches Institut, Biozentrum Köln

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Planter’s Punch

Unter der Rubrik Planter’s Punch wird jeden Monat ein bestimmter Aspekt des CEPLAS Forschungsprogramms vorgestellt. Alle Beiträge werden von Mitgliedern der Graduiertenschule und des Postdoc Programms erstellt.

Heinrich Heine University
University of Cologne
Max Planck Institute for Plant Breeding Research
Forschungszentrum Jülich