Gerstenpflanzen optimieren ihre mikrobiellen Wurzelgemeinschaften durch zuckerhaltige Sekrete

Laut einer neuen, im Open-Access-Journal veröffentlichten Studie von Jacob Malone vom John Innes Centre, Großbritannien, rekrutieren verschiedene Gerstenarten unterschiedliche Gemeinschaften von Bodenmikroben, um um ihre Wurzeln herum zu wachsen, indem sie eine individuelle Mischung aus Zucker und anderen Verbindungen freisetzen PLOS-Biologie.

Nützliche Bodenmikroben, die auf oder in der Nähe von Pflanzenwurzeln leben, können Nahrung liefern, der Pflanze helfen, Stress zu widerstehen und sie vor krankheitserregenden Mikroben zu schützen. Im Gegenzug gibt die Pflanze einen Teil des Zuckers, den sie durch Photosynthese produziert, zusammen mit Aminosäuren und anderen Metaboliten an die Umgebung ab. Die Zusammensetzung der Bodenmikroben, die eine Pflanze anzieht, kann stark variieren, je nachdem, welche Arten von Verbindungen die Pflanze bereitstellt.

In der neuen Studie untersuchten die Forscher die Beziehung zwischen der Genetik einer Pflanze und ihren Wurzelmikroben genauer. Sie analysierten die Mikrobiome von zwei Arten von Gerstenpflanzen – einer modernen Art namens Tipple und einer traditionellen Art namens Chevallier. Die beiden Gerstenarten hatten jeweils eine überlappende Kerngruppe von Mikroben, die mit ihren Wurzeln assoziiert waren, allerdings mit einigen deutlichen Unterschieden in den Gesamtgemeinschaften.

Eine häufige Gruppe von Wurzelmikroben – die Gattung Pseudomonas – kam besonders häufig in der Nähe von Tipple-Wurzeln vor. Die Forscher fanden heraus, dass dies daran liegt, dass Tipple-Pflanzen große Mengen an Hexosen genannten Zuckern (wie Glukose oder Fruktose) absondern, die Pseudomonas besonders gerne frisst.

Sie beobachteten auch Unterschiede in der Genaktivität zwischen den beiden Gerstenarten, die zur Erklärung der Unterschiede in ihren Wurzelgemeinschaften beitrugen. Als Forscher versuchten, die mikrobiellen Gemeinschaften zwischen den beiden Pflanzenarten auszutauschen, wuchs jede Gerstensorte besser, wenn sie ihrer ursprünglichen Gemeinschaft ausgesetzt wurde.

Die neuen Erkenntnisse legen nahe, dass Pflanzen die Mikrobenpopulation, die ihre Wurzelzone besiedelt, feinabstimmen können, was wichtige Auswirkungen auf die Pflanzengesundheit haben kann. Während diese Erkenntnisse von Pflanzen stammten, die in Gewächshäusern angebaut wurden, sagten Forscher, dass die Bestimmung des Ausmaßes, in dem diese Unterschiede beim Gerstenanbau auf landwirtschaftlichen Feldern auftreten, eine zentrale Herausforderung für zukünftige Forschung sein wird.

Die Autoren fügen hinzu: „Unsere Forschung zeigt, dass verschiedene Gerstensorten unterschiedliche mikrobielle Gemeinschaften aus dem Boden rekrutieren, basierend auf den Zuckern und anderen Nährstoffen, die sie aus ihren Wurzeln absondern. Diese Mikroben helfen einigen Sorten beim Wachstum, anderen jedoch nicht, was darauf hindeutet, dass die Züchtung von Getreide zur Rekrutierung erforderlich ist.“ Nützliche, wachstumsfördernde Mikroben könnten in Zukunft möglich sein.