Pflanzen-Mikroorganismen-Wechselwirkungen im nachhaltigen Anbau

Wie in allen vielzelligen Lebewesen, existieren auch in gartenbaulichen Kulturpflanzen eine Vielzahl von Mikroorganismen. Bakterien und Pilze, die die Wurzeln besiedeln, unterstützen die Wasser- und Nährstoffaufnahme von Pflanzen, beeinflussen ihre Entwicklung und fördern die Resistenz und die Toleranz der Pflanzen gegenüber biotischen und abiotischen Stressoren. Durch diese Eigenschaften gelten solche Mikroorganismen als wichtige Elemente in nachhaltigen Anbaustrategien, die Ressourcen schonen, sowie den Einsatz von synthetischen Pflanzenschutzmitteln oder Wachstumsregulatoren vermeiden. Für die erfolgreiche Anwendung spielen der Genotyp der Pflanze und die mikrobielle Gemeinschaft, die die Pflanze und ihre Umgebung besiedelt, eine wichtige Rolle.

Abgesehen von den Resistenzen gegen Pathogene ist die Antwort von Pflanzen gegenüber Mikroorgansimen nur selten ein Ziel der Züchtung gartenbaulicher Kulturpflanzen. Dabei haben auf der einen Seite molekularbiologische Untersuchungen gezeigt, dass an diesen Wechselwirkungen eine Vielzahl von pflanzlichen Genen beteiligt ist. Auf der anderen Seite sind die Reaktionen der Pflanze wie z.B. eine verbesserte Nährstoff- oder Wasseraufnahme und eine daraus resultierende beschleunigte Entwicklung Merkmale, die sich gut quantifizieren lassen. Deshalb sollen über die Analyse von Pflanzenpopulationen mit unterschiedlichen Genotypen molekulare Marker bereitgestellt werden, die sich in der Züchtung von neuen Sorten für den nachhaltigen Anbau verwenden lassen. Außerdem können Gene identifiziert werden, die an der Antwort auf die Wurzelbesiedelung beteiligt sind.

Die Leistungen einer Pflanze sind durch die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft geprägt, die sie besiedelt. Eine wichtige Frage ist, in wie weit die Pflanze Einfluss auf diese Zusammensetzung ausübt. Hier kann der Vergleich der mikrobiellen Gemeinschaften von verschiedenen Sorten und der entsprechenden Wildarten, sowie von gezielt herbeigeführten Genotypen Aufschluss geben. Über Sequenzierungen und Netzwerkanalysen mit paralleler Isolierung und Kultivierung sollen Pilze und Bakterien identifiziert werden, die in mikrobiellen Gemeinschaften eine besondere Rolle spielen könnten. Die Wechselwirkungen dieser Mikroorganismen untereinander und der Einfluss von synthetischen Gemeinschaften auf die Leistungen von Kulturpflanzen gilt es dann, detaillierter zu untersuchen.

Mehr Informationen über die Arbeit der Forschungsgruppe finden Sie im Jahresbericht des Instituts für Mikrobiologie der FSU Jena.