Und sie tun es doch…

Auch Kreuzblütler pflegen Wurzelsymbiosen mit Pilzen

01.11.2017 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Die Alpen-Gänsekresse lebt bevorzugt an harschen, oft phosphorarmen Standorten. (Bildquelle: © Jerzy Opiola/Wikimedia.org/CC BY-SA 4.0)
Die Alpen-Gänsekresse lebt bevorzugt an harschen, oft phosphorarmen Standorten. (Bildquelle: © Jerzy Opiola/Wikimedia.org/CC BY-SA 4.0)

Kreuzblütler galten bislang als Ausnahme. Anders als viele andere Pflanzenfamilien bilden ihre Wurzeln keine Symbiosen mit Mykorrhizapilzen. Doch schließt das zwangsläufig andere Bodenpilze aus? Kann es nicht sein, dass auch Kreuzblütler sich bei der Phosphoraufnahme von Pilzen helfen lassen?

Der „Col du Galibier“ ist bei Radprofis gefürchtet. Der Gebirgspass wird auch das Dach der Tour der France genannt. Einmal im Jahr steht dieser im Zentrum des internationalen Radsports. Von dem ganzen Spektakel bekommt F299 nichts mit. Der Schlauchpilz (Helotiales) ist damit beschäftigt, seine Symbiosepartnerin, die Alpen-Gänsekresse (Arabis alpina), über ihre Wurzeln mit Phosphor zu versorgen. Was macht dieses Gipfeltreffen aber so außergewöhnlich, auf das Wissenschaftler auf über 2.600 Meter gestoßen sind?

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Auch die Modellpflanze der Pflanzenforschung Arabidopsis thaliana (ebenfalls ein Kreuzblütler) geht bei Phosphatknappheit im Boden Pilzsymbiosen ein.

Auch die Modellpflanze der Pflanzenforschung Arabidopsis thaliana (ebenfalls ein Kreuzblütler) geht bei Phosphatknappheit im Boden Pilzsymbiosen ein.

Quelle: © Vasiliy Koval/ Fotolia.com

Treffer außerhalb des Rasters

Wenn von Symbiosen zwischen Landpflanzen und Bodenpilzen die Rede ist, sind oftmals Mykorrhizen gemeint. Als Mykorrhiza bezeichnet man die Symbiose zwischen Mykorrhizapilzen und den Wurzeln von Landpflanzen. Rund 80 % der Gefäßpflanzen beziehen Phosphor und andere Nährstoffe aus solch einer Zweckgemeinschaft. Die beiden jetzt untersuchten Symbionten zählen jedoch zur Ausnahme. Weder ist F229 als Mykorrhizapilz bekannt noch zählt die Alpen-Gänsekresse zu jenen Pflanzen, die solche Symbiosen eingehen. Sie ist ein Kreuzblütler (Brassicaceae). Dennoch oder gerade deshalb fragte man sich, ob nicht auch sie Wurzelsymbiosen mit Pilzen pflegen, um ihre Phosphorversorgung zu verbessern. Aber Mykorrhizapilze fanden die Wissenschaftler bisher nicht in entsprechenden Bodenproben.

Auch Arabidopsis pflegt Wurzelsymbiosen

2015 stieß man dann erstmals auf die Ausnahme von der Ausnahme. In Versuchen im Gewächshaus beobachtete man, dass Arabidopsis thaliana (ebenfalls ein Kreuzblütler) tatsächlich Symbiosen mit Mykorrhizapilzen aufbaut, wenn das Angebot an pflanzenverfügbarem Phosphor im Boden knapp wird. Bei den Pilzen handelte es sich um den Schlauchpilz Colletotrichum tolfidiae und den Ständerpilz Serendipita indica. Zwei klassische Mykorrhizapilze.

Wie ein waschechter Mykorrhizapilz

F299 dagegen ist keiner (im Unterschied zu anderen Vertretern von Helotiales), was die Entdeckung umso interessanter macht. Die erste übrigens in freier Natur. Denn dies hält ihn nicht davon ab, sich wie ein Mykorrhizapilz zu verhalten. Er dringt mit seinen Hyphen in die Zellen der Wurzelrinde ein und versorgt die Alpen-Gänsekresse so mit Phosphor aus dem Boden. Wie ein Mykorrhizapilz wird er zu einer Art Verlängerung der Wurzelhaare. Als „Dank“ erhält er im Gegenzug nahrhafte Photosyntheseprodukte. Die etwas spartanische Bezeichnung F229 rührt übrigens daher, dass der Pilz noch nicht näher klassifiziert ist.

Dass dieser zur Phosphorversorgung beiträgt, beweist ein Blick in sein Genom. Er besitzt mehrere Gene, die gleich ein ganzes Set von molekularen Phosphattransportern bilden. Hinzukommen Enzyme, die Kohlenhydrate abbauen können. Sie bilden die Voraussetzung, um mit den Hyphen in die Wurzel einzudringen. Eine Fähigkeit, die dem Pilz nicht in die Wiege gelegt wurde, sondern erst durch genetische Mutationen entstand.

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Am “Col du Galibier” stießen Forscher auf die außergewöhnliche Symbiose zwischen dem Helotiales-Vertreter und der Alpen-Gäsenkresse. 

Am “Col du Galibier” stießen Forscher auf die außergewöhnliche Symbiose zwischen dem Helotiales-Vertreter und der Alpen-Gäsenkresse. 

Quelle: © Robbie Shade/Wikimedia.org/CC BY 2.0

Wo steht die Wissenschaft heute?

Da der Wert von Mykorrhizen bekanntlich über den Stoffaustausch zwischen Pilz und Wirt hinausgeht und ganze Ökosysteme positiv beeinflussen kann, liegt es nahe, über mögliche Anwendungsfelder nachzudenken. Denkbar wäre z.B. die Entwicklung von Düngemitteln, die andere Pilze als Mykorrhizapilzen enthalten und so speziell Kreuzblütlern zugutekommen. Noch handelt es sich dabei aber um Gedankenspiele. Die Wissenschaft steht noch ziemlich am Anfang, was Wurzelsymbiosen zwischen Kreuzblütlern und Bodenpilzen angeht.

Der Boden als Black Box

Die Untersuchung des Mikrobioms im Wurzelbereich, das oft bis in die Wurzel hineinreicht, ist eine Herausforderung für sich. Noch immer ist von einer „Black Box“ die Rede, wenn es um das Zusammenspiel von unzähligen Lebewesen und Organismen geht, die in diesem Mikrohabitat ein einzigartiges Ökosystem bilden.

Verbesserungen bei der Sequenzierung sind dabei eine enorme Hilfe. Sie erleichtern es z.B. aus der Gesamtheit aller genetischen Fragmente einer Bodenprobe jene von Mykorrhizapilzen herauszufischen und gleich zu klassifizieren. Wie es aussieht, muss das Suchspektrum jedoch erweitert werden, da die bekannten Mykorrhizapilze nun nicht mehr die einzigen sind, die Wurzelsymbiosen eingehen. 

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