Neuer Forschungszweig: Das Phytomikrobiom

Dass Leguminosen auf stickstofffixierende Bakterien angewiesen sind, ist schon lange bekannt. Neuere Untersuchungen von Bodenproben zeigten jedoch, dass in unmittelbarer Nähe der Wurzeln nicht nur Rhizobien wachsen, sondern noch zahlreiche andere Bakterien. Ein relativ junger Forschungszweig beschäftigt sich nun mit dem Phytobiom – der bakteriellen Besiedlung von Pflanzen.

Wollte man früher die bakterielle Besiedlung eines Organismus untersuchen, musste man jede Bakterienart einzeln im Labor anzüchten. Dabei fielen viele Bakterien durchs Raster, wenn die Wachstumsbedingungen im Labor für ihre Bedürfnisse nicht optimal waren. In den letzten Jahren haben Genomsequenzierungsmethoden einen Preissturz erfahren. Was früher für die meisten Labore unerschwinglich war, ist heute auch mit straffem Budget in einem überschaubaren Zeitrahmen möglich: die Genomsequenzierung aller einen Organismus besiedelnden Bakterien, des kompletten Mikrobioms. Mit dieser Methode lassen sich sämtliche Bakterienarten in einer Probe sicher identifizieren.

Inzwischen wissen wir, dass der menschliche Körper an sämtlichen Stellen, die mit der Umwelt in Kontakt treten, von zahlreichen, unterschiedlichen Mikrobengemeinschaften besiedelt ist. Auch in der Pflanzenforschung sind nun nicht nur Symbiosen mit Bakterien, sondern sämtliche Interaktionen mit dem Mikrobiom ein Thema.

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Auf der Spur des Leguminosenmikrobioms

Bis vor wenigen Jahren ging man davon aus, dass an den Wurzelknöllchen der Leguminosen (Schmetterlingsblütler wie Erbsen oder Bohnen) ausschließlich Rhizobien leben. Von diesen Bakterien wusste man, dass sie für die Leguminosen Stickstoff aus der Luft fixieren und zu Ammonium umwandeln, welches die Pflanzen verwerten können. Immer wieder fanden Wissenschaftler in Bodenproben um Leguminosenwurzeln jedoch auch andere Bakterien, die nicht zu den Rhizobien gehörten. Das ließ die Forscher vermuten, dass die Wurzeln von Leguminosen ebenfalls von einem komplexen Mikrobiom besiedelt sein könnte.

Komplexe Symbiose oder einfach nur Verunreinigung?

Wie in jeder Mikrobengemeinschaft, sind die einzelnen Mitglieder wahrscheinlich auch hier aufeinander angewiesen oder voneinander abhängig. Das Zusammenspiel der Wurzelbakterien beeinflusst höchstwahrscheinlich auch den Status der Pflanze, da diese auf eine ausreichende Stickstoffzufuhr angewiesen ist.

Unzählige Bakterien, die im Wurzelbereich von Leguminosen entdeckt wurden, sind aber weder an der Knöllchenbildung, noch an der Stickstofffixierung direkt beteiligt. Welche Funktion sie innerhalb des Wurzelmikrobioms haben, werden kommende Untersuchungen noch zeigen. Unklar ist bisher außerdem, ob die „Nicht-Rhizobien“ das Wachstum der Pflanze positiv beeinflussen – oder nur Kontaminanten im Wurzelmikrobiom darstellen.

„Phytobiomes“ – neues Journal zum Thema pflanzliche Bakterienbesiedlung

Wissenschaftler haben nun alle bisherigen Erkenntnisse zu den Bakterien des mutmaßlichen Wurzelmikrobioms von Leguminosen in einem Übersichtsartikel zusammengetragen. Veröffentlicht wurde der Artikel in einem neuen Journal der American Phytopathological Society namens „Phytobiomes“. Mit diesem speziellen Fachmagazin wird der wachsenden Bedeutung dieses wachsenden Forschungsfeldes Rechnung getragen. Weltweit beschäftigen sich immer mehr Forschergruppen mit diesem Thema und können neueste Erkenntnisse nun zielgerichteter austauschen.

Paradigmenwechsel mit Bakterien

Mit ihrem Übersichtsartikel wollen die Autoren Wissenschaftler unterschiedlicher Disziplinen zusammenbringen und zur Diskussion über das neue, fächerübergreifende Forschungsfeld „Phytomikrobiom“ anregen. Langfristiges Ziel der Wissenschaftler ist es, die „Nicht-Rhizobien“ bei der Kultivierung von stressresistenten und ertragreichen Nutzpflanzen gezielt und entsprechend ihrer Rolle im Bakteriengefüge einzusetzen.

Diese Bakterien könnten als biologische Grundlage zur Inokulation dienen, die in einem optimalen Verhältnis mit Rhizobien kombiniert werden. „Wenn die nicht-Rhizobien in den Wurzelknöllchen die Rhizobien positiv beeinflussen, ließe sich über diese Bakterien möglicherwiese auch die Resistenz der Pflanzen verbessern und ihr Ertrag erhöhen, während der Einsatz von Pestiziden und chemischen Stickstoff-Düngern verringert werden könnte“, so die Vision der Forscher, die sie als einen Paradigmenwechsel bezeichnen.