Unterschiedliche Wurzeln, ähnliche Bakterien

Das Phytomikrobiom ist evolutionär konserviert

28.08.2017 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Im australischen Great-Sandy-Nationalpark wachsen auf engem Raum unterschiedlichste Pflanzenarten. Ein idealer Ort für die Untersuchung des Phytomikrobioms. (Bildquelle: © Lui Weber)
Im australischen Great-Sandy-Nationalpark wachsen auf engem Raum unterschiedlichste Pflanzenarten. Ein idealer Ort für die Untersuchung des Phytomikrobioms. (Bildquelle: © Lui Weber)

Wurzeln sind nicht von steriler Erde umgeben, sondern darin tummeln sich allerlei Mikroorganismen. Den größten Einfluss auf die Zusammensetzung dieses Wurzel-Mikrobioms haben Umweltfaktoren wie die Bodenbeschaffenheit. In geringerem Maße bestimmt aber auch die Pflanze selbst, welche Mikroorganismen in ihrer Nähe gedeihen. Lässt sich dieses Wissen bald für ökologischen Pflanzenschutz nutzen?

Dass es ein Wechselspiel zwischen Pflanzenwurzeln und Mikroorganismen gibt, ist schon lange klar. Bekanntestes Beispiel ist die Kooperation von Hülsenfrüchtlern mit Bakterien, die Stickstoff aus der Luft binden und ihn der Pflanze zur Verfügung stellen. Doch erst langsam beginnen Wissenschaftler weltweit sich dafür zu interessieren, auf welchen anderen Wegen Bodenbakterien und Pflanzenwurzeln zusammenarbeiten.

Ungeklärt war bisher auch, welche Faktoren die Zusammensetzung der bakteriellen Wohngemeinschaft im Boden am stärksten beeinflussen. Die meisten Studien hierzu beschränkten sich auf Untersuchungen an einzelnen Nutzpflanzen. Ein holistischer Überblick fehlte.

Bodenbeschaffenheit hat größten Einfluss, aber auch Pflanzen können regulieren

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Auch in der Pflanzenforschung wird der Blick auf das Mikrobiom, die Gesamtheit aller Mikroorganismen eines Lebensraums, immer wichtiger. Beispielsweise wird erforscht, wie Bodenbakterien und Pflanzenwurzeln zusammenarbeiten.

Auch in der Pflanzenforschung wird der Blick auf das Mikrobiom, die Gesamtheit aller Mikroorganismen eines Lebensraums, immer wichtiger. Beispielsweise wird erforscht, wie Bodenbakterien und Pflanzenwurzeln zusammenarbeiten.

Quelle: © iStock.com/ThomasVogel

Ein Forscherteam aus Australien hat jetzt das Wurzel-Mikrobiom ganz unterschiedlicher Pflanzenarten auf geographisch engem Raum untersucht. Dabei konnten sie bestätigen, dass die Bodenbeschaffenheit den größten Einfluss auf die Mikroben hat. Doch auch die Pflanzen selbst regulieren, wer in ihrer unmittelbaren Umgebung wachsen darf.

Die Wissenschaftler nutzten dafür ein einzigartiges Ökosystem direkt vor ihrer Haustür: die Cooloola-Dünenlandschaft im Great-Sandy-Nationalpark. Auf einem Küstenstreifen von nur etwa zehn Kilometern Breite wechseln sich Wiesen, Wälder, Regenwald und Steppenlandschaften ab. „Hier wachsen zahlreiche Pflanzenarten sehr nah beieinander in ganz unterschiedlichen Böden“, sagt Susanne Schmidt, Professorin am Zentrum für Pflanzenforschung an der Universität Queensland.

Alt wie Gondwana

Einige der Pflanzen sind uralt. Sie (beziehungsweise ihre Vorfahren) wucherten bereits dort, als Australien noch zum Urkontinent Gondwana gehörte. Die Wissenschaftler sammelten in diesen Ökosystemen je 235 Wurzel- und Bodenproben von Samenpflanzen und Nicht-Samenpflanzen, wie Farnen und Bärlapppflanzen.

Sie analysierten anschließend die DNA und ribosomale RNA (16S rRNA) der darin enthaltenen Bodenbakterien. Von 183 Wurzelproben und 225 Bodenproben konnten sie somit ein Profil der dort lebenden Bakterien erstellen. Das Ergebnis: Auf den Wurzeln tummelten sich weitaus weniger unterschiedliche Bakterien als in den Bodenproben.

Triple-A in Boden und Wurzelproben

Die häufigsten Bakterien an beiden Orten gehören zu den Alphaproteobacteria, Actinobakterien und Acidobakterien. Das scheint wenig überraschend. Pflanzen sind nur in eingeschränktem Maße mobil und bleiben meist ihr Leben lang am gleichen Ort. Als logische Konsequenz folgt daraus, dass sie ihr Wurzel-Mikrobiom nur aus den am jeweiligen Ort vorhandenen Bodenbakterien generieren können.

Doch Pflanzen sind nicht nur passive Wirte, sie entscheiden auch ein wenig mit. Bestes Beispiel dafür ist, dass Betaproteobacteria auf den Wurzelproben viermal häufiger vorkamen als in den Bodenproben. Das deutet auf eine selektive Anreicherung durch die Pflanzen hin.

„Wir müssen jetzt herausfinden, welche Rolle diese angereicherten Bakterien spielen und wie wir ihr Potential für die ökologische Landwirtschaft nutzen können“, erklärt Schmidt. Schon heute werden bestimmte Pilze aus dem Boden als biologisches Insektizid eingesetzt. Möglicherweise lassen sich auch einige der jetzt entdeckten Bakterien für den Pflanzenanbau nutzen. Die aktuelle Studie bietet eine Datenbasis dessen, was unter Tage kreucht und fleucht. Was genau die Bakterien dort machen und bewirken, muss noch erforscht werden.

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