Wie stellen Pflanzen in Phosphat-armen Böden eine ausreichende Versorgung sicher?

10/10/2017

Die Interaktion zwischen Wurzel-assoziierten Pilzen und Pflanzen wurde von mehreren CEPLAS Gruppen gemeinsam untersucht.

Mikroorganismen wie z.B. Bakterien oder Pilze besiedeln natürlicherweise Pflanzen und bilden sogar komplexe Gemeinschaften aus. Diese Interaktionen zwischen Pflanze und Mikroorganismen können sowohl vorteilhaft als auch nachteilig für die Pflanze sein und beispielsweise das Wachstum der Pflanze oder die Gesundheit negativ beeinflussen.
Ein Beispiel für eine vorteilhafte Interaktion zwischen Pflanzen und Pilzen ist die Symbiose mit arbuskulären Mykorrhizapilzen. Wahrscheinlich wurde sogar die Entwicklung von Landpflanzen positiv durch die Symbiose mit den Pilzgeflechten stimuliert. Eine große Anzahl verschiedener Pflanzenarten wird durch den Pilz mit Phosphor und anderen Nährstoffen versorgt, wodurch wiederum die Leistungsfähigkeit der Pflanze gesteigert wird. Im Austausch werden die Pilzgeflechte dagegen von der Pflanze mit Zuckern versorgt, die durch die Photosynthese hergestellt werden.
Einige Pflanzen haben jedoch die vorteilhafte Symbiose mit den Mykorrhizapilze im Laufe der Evolution verloren und werden als “nonmycorrhizal plants“, also Pflanzen ohne Mykorrhiza bezeichnet. In der neuen Publikation „Root-associated fungal microbiota of nonmycorrhizal Arabis alpina and its contribution to plant phosphorus nutrition“ (PNAS) untersuchen die Autoren des Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung und der Universität zu Köln, ob diese Pflanzen andere Strategien entwickelt haben, um eine ausreichende Versorgung mit dem Nährstoff Phosphor sicherzustellen, z.B. durch Symbiosen mit anderen Mikroorganismen.

Die Autoren, die fast alle im Exzellenzcluster für Pflanzenwissenschaften arbeiten (Juliana Almario, Ganga Jeena, Alga Zuccaro, George Coupland und Marcel Bucher), haben daher an der Modellpflanze Arabis alpina Pilze untersucht, die in den Wurzeln und im Bodenbereich in Wurzelnähe (Rhizosphäre) vorkommen und diese auch sequenziert. Wiederholt fanden sie 15 bestimmte Pilze und vermuteten, dass diese eine wichtige Rolle für die Versorgung der Pflanze mit Nährstoffen spielen könnten. Interessanterweise wurde eine Pilzart besonders oft bei Pflanzen entdeckt, die in Phosphat-armen Böden wuchsen. Es wurde vermutet, dass dieser Pilz die Versorgung der Pflanze mit Phosphor erleichtern könnte. Um diese Hypothese genauer zu untersuchen, haben die Wissenschaftler/inenn diese Pilzart isoliert und Erde, die besonders Phosphat-arm war, damit angereichert. Wie vermutet wuchsen die Pflanzen viel besser auf der Erde mit den Pilzen als auf der Vergleichserde, in der dieser Pilz nicht vorhanden war. Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler/innen auch noch eine Anreicherung von Phosphor im Stängel der Pflanzen, die auf den Böden mit dem Pilz wuchsen, nachweisen.
Zusammengefasst zeigt diese Publikation eindrucksvoll, dass auch Pflanzen, die keine Symbiose mit Mykorrhizapilzen eingehen können, Interaktionen mit bestimmten anderen Pilzen ausbilden, um ihre Phosphoraufnahme zu erleichtern und somit ihre Nährstoffversorgung sicherzustellen.

Vollständige Publikation:
Juliana Almario, Ganga Jeena, Jörg Wunder, Gregor Langen, Alga Zuccaro, George Coupland, and Marcel Bucher (2017) Root-associated fungal microbiota of nonmycorrhizal Arabis alpina and its contribution to plant phosphorus nutrition. PNAS; published ahead of print October 2, 2017, doi:10.1073/pnas.1710455114

Weitere Informationen zur CEPLAS Forschung "Interaktion von Pflanzen mit Mikroorganismen"

root-associated fungal microbiota
Heinrich Heine University
University of Cologne
Max Planck Institute for Plant Breeding Research
Forschungszentrum Jülich