Der Ertrag der wichtigen Kulturpflanze Mais (Zea mays L.) wird durch die Interaktion mit einer erstaunlichen Vielzahl an Mikroorganismen entscheidend beeinflusst. Es zeigt sich ein direkter Zusammenhang zwischen Bodenart und Wurzelexsudaten und der Zusammensetzung und dem Artenreichtum des Bodenmikrobioms. RECONSTRUCT ist ein interdisziplinäres Projekt, das eine wissensbasierte Züchtung von neuen Maissorten anstrebt. Hierbei steht die Befähigung der Maispflanze zur Interaktion mit nutzbringenden Mikroben im Fokus, welche eine erhöhte Fitness und einen erhöhten Ertrag auf landwirtschfatlichen Böden, mit einem minimalen externen Düngereintrag zur Folge hat.

In Phase I des Projektes ist das vorrangige Ziel, die Erzeugung empirischer „omics“-Daten, um den Einfluss der Bodenfertilität und der mikrobiellen Konsortien auf die Produktivität der Maispflanze zu untersuchen. Die interdisziplinäre Arbeitsgemeinschaft wird den Einfluss langjähriger ökologischer und konventioneller Bodenbearbeitung auf die Bodeneigenschaften, mikrobiellen Gemeinschaften und den Einfluss auf das Wachstum von genetisch diversen Maislinien untersuchen. Die Projektpartner werden (1) Nährstoff-, Metabolit- und Wasser-Flüsse an der Boden-Pflanze-Grenzfläche, (2) die Biodiversität des Mikrobioms von Boden, Rhizosphäre und Wurzel sowie (3) die Produktivität der Maispflanze analysieren.

In Phase II des Projektes soll ein ganzheitliches Constraint-basiertes genomweites Modell entwickelt werden, bestehend aus (i) umfassenden Stoffwechsel-Modellen von Wurzel und Blatt der Maispflanze, (ii) einem Stoffwechsel-Modell der mikrobiellen Gemeinschaft, erstellt anhand der heterogenen Daten aus Phase I, und (iii) einem Modell der Interaktionen dieser Modelle mit dem Erdboden. Die Erstellung von synthetischen Böden und rekonstruierten Mikrobengemeinschaften wird es erlauben, die Feldsituation zu rekonstruieren und die iterativen Modelle anzuwenden. Dies wird zeigen, wie quantitative Pflanzenmerkmale, Wirt-Mikroflora-Interaktionen, genetische und metabolische Netzwerke, Ressourcenverteilung und die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Erdbodens in einer einheitlichen Theorie vereint werden können.

Ein Hauptergebnis von RECONSTRUCT wird ein umfassendes mechanistisches Verständnis des Boden- Rhizosphäre-Mais-Systems in Interaktion mit seiner Mikroflora sein. Dies wird die Voraussetzungen dafür schaffen, sich das Wurzelmikrobiom zur positiven Beeinflussung des Maiswachstums zunutze zu machen. Der Aufbau und die Nutzung einer großen mikrobiellen Kultursammlung wird es möglich machen, synthetische mikrobielle Konsortien zu entwickeln und zu charakterisieren. Diese Konsortien bergen das außerordentliche Potential zur biotechnologischen Nutzung. Insbesondere die Züchtung von Maissorten im Hinblick auf ihre Befähigung mit nutzbringenden Bakterien zu interagieren, ist von großem Interesse. Diese Interaktion wird eine Steigerung der Gesundheit und Fitness der Pflanze zur Folge haben und vor allem, die Anspruchslosigkeit der Pflanze im Bezug auf externe Düngereinträge erhöhen.

Ein Projektporträt finden Sie hier: Ein optimales Mikrobiom - Das Projekt „RECONSTRUCT“