Bei den heutigen Gartengrills genießen wir Maiskolben mit Hunderten von süßen, saftigen Kernen. Aber wenn wir Teosinte essen würden, den wilden Vorfahren des Mais, hätten wir das Glück, ein Dutzend Körner pro Ähre zu genießen. Tatsächlich haben viele unserer modernen Nutzpflanzen wenig Ähnlichkeit mit ihren wilden Vorfahren. Dank jahrtausendealter Züchtung oder „künstlicher Selektion“ sind die heutigen Nutzpflanzen schmackhaft und ertragreich. Sie können jedoch zusätzliche Veränderungen erfahren haben, die schwerer zu sehen (oder zu schmecken) sind.
Während Menschen Pflanzen verbessert haben, um sie unserem Geschmack und unseren landwirtschaftlichen Systemen anzupassen, kann der Selektionsprozess auch Eigenschaften verändern, auf die Züchter nicht absichtlich abzielten. Bei der Züchtung von Pflanzen für die moderne Landwirtschaft haben wir die Pflanzen möglicherweise versehentlich abhängiger von Inputs wie Düngemitteln gemacht, deren Herstellung energieintensiv ist und häufig eine Nährstoffverschmutzung verursacht. Studien deuten darauf hin, dass sich die mit Mais assoziierten mikrobiellen Gemeinschaften im Laufe seiner Domestikationsgeschichte verändert haben. Diese Mikroben können eine wichtige Rolle in Ökosystemprozessen wie dem Stickstoffkreislauf spielen und Stickstoff in Formen umwandeln, auf die Pflanzen leicht zugreifen und die sie verwenden können.
In „N-Cycling Microbiome Recruitment Differences Between Modern and Wild Zea maysa„-herausgegeben von Phytobiomes Journal im Juni – Alonso Favela, Martin Bohn und Angela Kent untersuchten diese evolutionären Veränderungen bei der Rekrutierung wurzelassoziierter Mikroben. Dazu züchteten sie sowohl modernen domestizierten Mais als auch wilde Teosinte in einem Gewächshaus und führten ähnliche mikrobielle Gemeinschaften im Boden ein. Sobald die Pflanzen gewachsen waren, wurde die Erde um ihre Wurzeln gesammelt. Die Forscher verwendeten dann DNA-Sequenzierung, um die Zusammensetzung des Mikrobioms jeder Pflanze zu untersuchen, einschließlich der Gene, die mit dem Stickstoffkreislauf zusammenhängen.
Die Forscher fanden heraus, dass domestizierte Pflanzen andere Mikroben aus dem Boden rekrutierten als ihre wilden Verwandten, einschließlich Mikroben, die am Stickstoffkreislauf beteiligt sind. Ob die Pflanze wild oder domestiziert war, erklärte 62 % der Variation in der Gendiversität des Stickstoffkreislaufs der assoziierten mikrobiellen Gemeinschaften und 66 % der Genfülle des Stickstoffkreislaufs. Mit anderen Worten, Tausende von Jahren künstlicher Selektion scheinen zu erheblichen Unterschieden in der Art und Weise geführt zu haben, wie diese Pflanzen Unterstützung von Mikroben erhalten, um Zugang zu Stickstoff zu erhalten. Ein Blick in die evolutionäre Vergangenheit von Mais könnte Hinweise darauf liefern, wie diese Pflanzen ohne starke Abhängigkeit von synthetischen Düngemitteln gedeihen könnten. „Wenn wir verstehen, wie wildes Teosinte sein N-cycling-Mikrobiom formt, können wir diese Merkmale in die moderne Maisproduktion einbringen, um die Nährstoffnachhaltigkeit zu verbessern“, erklärt Hauptautor Favela.
„Dies [research] hebt das Potenzial hervor, die genetische Variation von Teosinte zu nutzen, um unser modernes landwirtschaftliches Pflanzenmikrobiom zu „verwildern“, um ein nachhaltigeres und effektiveres landwirtschaftliches System zu schaffen“, erklärt Favela. Wenn wir Pflanzen züchten können, die hilfreiche Mikroben wie ihre Vorfahren besser rekrutieren können, könnten wir das unsere Abhängigkeit von synthetischen Düngemitteln zu verringern und die Nährstoffverschmutzung einzudämmen, die so viele Ökosysteme zerstört.
Alonso Favela et al., Unterschiede bei der Rekrutierung von N-Cycling-Mikrobiomen zwischen modernen und wilden Zea Mays, Phytobiomes Journal (2021). DOI: 10.1094/PBIOMES-08-21-0049-R
Zur Verfügung gestellt von der American Phytopathological Society