Vererbung des Pflanzenmikrobioms über Samen

Was definiert uns und andere Lebewesen stärker, Gene oder die Umwelt? Erst kürzlich konnten Forscher experimentell nachweisen, dass sogar Mikroorganismen über den Samen von einer Pflanzengeneration auf die nächste vererbt werden können.

In einem gerade in der Zeitschrift Open Access veröffentlichten Artikel Trends in der Mikrobiologieuntersuchen Wissenschaftler den Prozess der mikrobiellen Vererbung über den Samen genauer und identifizieren Faktoren, die den Aufbau des pflanzlichen Mikrobioms maßgeblich beeinflussen. Die Autoren schaffen mit ihrer Grundlagenarbeit einen wichtigen Meilenstein der Mikrobiomforschung.

Experimentelle Studien deuten darauf hin, dass Pflanzen mit ihren Samen nicht nur genetische Eigenschaften vererben, sondern auch ein komplexes Mikrobiom, bestehend aus Pilzen, Bakterien und Archaeen.

„Das Wissen um die mikrobielle Vererbung eröffnet Forschern weltweit die Möglichkeit, ein völlig neues Verständnis der natürlichen Welt zu entwickeln und unsere Möglichkeiten, sie zu beeinflussen, zu erweitern. Pflanzenmikrobiome haben einen enormen Einfluss auf die Pflanzengesundheit, die Widerstandskraft, das Wachstum und sogar die Nährstoffaufnahme. Leider wissen wir sehr wenig darüber, wie diese Gemeinschaften von Mikroorganismen ihren Weg von einer Pflanzengeneration zur nächsten finden“, sagt Dr. Ahmed Abdelfattah, Gruppenleiter Mikrobiommanagement am Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie und Erstautor der Publikation.

Im Jahr 2021 konnten Dr. Abdelfattah und ein Team von Wissenschaftlern erstmals die mikrobielle Vererbung über den Samen experimentell nachweisen. Gemeinsam mit seinen Kollegen von der Universität Stockholm, der TU Graz und der Universität Potsdam hat er sich daher die mikrobielle Vererbung in Pflanzen genauer angesehen.

In ihrer Arbeit unterteilen sie den Vererbungsprozess in drei Phasen: „Von der Pflanze zum Samen“, „Samenruhe“ und „Samen zum Sämling“ und beleuchten die Faktoren, die die mikrobielle Übertragung in jeder Phase beeinflussen.

In der ersten Stufe „von der Pflanze zum Samen“ gehören die Pflanzenart, ihre Umweltbedingungen während der Samenreife und ihre Fortpflanzungsform zu den zentralen Einflussfaktoren. In der zweiten Stufe spielen unter anderem die Art und die Ausgestaltung der „Samenruhe“ eine zentrale Rolle, da sich das Mikrobiom von Samen, die zwischengelagert werden müssen, anders verhält als das Mikrobiom eines Samens, der von Natur aus vor seinem Beginn ruht zu keimen.

Bei der Keimung wiederum müssen die Mikroorganismen ihren Weg in das entsprechende Pflanzengewebe finden, wo Übertragungswege, aber auch genetische Faktoren eine Rolle spielen können.

„Wenn wir verstehen, wie die mikrobielle Vererbung funktioniert und wie wir sie beeinflussen können, gibt es ein enormes Anwendungspotenzial. Dieses Wissen könnte helfen, Ökosysteme wiederherzustellen und die Landwirtschaft zu optimieren, indem zum Beispiel nützliche Mikroorganismen durch Beschichtung auf Saatgut übertragen oder das Mikrobiom in die Lagerung eingebaut werden Bedingungen oder Arbeitsabläufe“, schließt Dr. Abdelfattah.