Laut einer Studie aktivieren Wüstenmikroben bei Bedarf ihre Dürretoleranz

Das Vorbereiten von Kulturpflanzen mit einem Mikroorganismus, der aus den Wurzeln von Wüstenpflanzen gewonnen wird, könnte ein wirksames Mittel sein, um die Widerstandsfähigkeit von Kulturpflanzen gegenüber Dürre zu stärken.

Es hat sich gezeigt, dass die Keimung von Arabidopsis (Ackerschmalwand) und Luzerne mit einer Mikrobe, die aus den Wurzeln einer gewöhnlichen Wüstenpflanze stammt, ihnen hilft, unter Dürrebedingungen zu gedeihen.

„Die Eindämmung der Auswirkungen der Dürre auf Nutzpflanzen ist ein dringendes Ziel für diejenigen von uns, die in der landwirtschaftlichen Biotechnologie arbeiten“, sagt Heribert Hirt von KAUST, der an dem Projekt mit Kollegen aus Deutschland und ganz Saudi-Arabien zusammengearbeitet hat, darunter Khairiah Alwutayd, einem Assistenzprofessor der Princess Nourah bint Abdulrahman University.

„Die Wüsteninitiative DARWIN21 wurde vor 10 Jahren an der KAUST ins Leben gerufen, um Wüstenmikroben zu isolieren und zu analysieren. Unsere Hoffnung ist, dass sie Kulturpflanzen die gleichen Eigenschaften verleihen können wie Wüstenpflanzen und sie hitze-, salz- und/oder dürretolerant machen“, sagt Hirt. „Dies könnte einen großen Beitrag zur globalen Ernährungssicherheit leisten.“

Im Rahmen des DARWIN21-Programms haben Hirt und sein Team bereits mehr als 10.000 Wüstenmikrobenstämme aus Wüstenböden und den Wurzeln von Wüstenpflanzen isoliert. Sie haben Hunderte dieser Stämme untersucht, Arabidopsis-Pflanzen mit jedem anderen Stamm zum Keimen gebracht und nach solchen gesucht, die die Trockenheitstoleranz der Pflanze deutlich erhöhen.

Für diese spezielle Studie, veröffentlicht inEMBO-Berichte und deren Ziel es war, die molekularen Mechanismen hinter einer verbesserten Dürreresistenz zu erforschen, wählten die Forscher einen Bakterienstamm von Pseudomonas argentinensis namens SA190 aus. SA190 stammt aus den Wurzelknollen von Indigofera argentea, einer kleinen strauchartigen Pflanze, die in Wüsten und trockenen Buschlandschaften von der Sahara bis nach Indien vorkommt.

„Weil wir so viel über Arabidopsis wissen – es ist das genetische Modell in der Pflanzenbiologie – konnten wir die genauen molekularen Mechanismen und Veränderungen analysieren, die SA190 als Reaktion auf Dürre in der Pflanze auslöste“, sagt Alwutayd.

Das Team fand heraus, dass SA190 den epigenetischen Status wichtiger Dürrestressgene verändert. Diese Gene werden nicht unter guten Wachstumsbedingungen exprimiert, sondern ausschließlich dann, wenn Pflanzen Trockenheit ausgesetzt sind.

„SA190 verstärkte diese Gene nur bei Bedarf, was bedeutet, dass die Ernteerträge nicht beeinträchtigt wurden, was ein unglücklicher Nebeneffekt einiger Bemühungen zur Eindämmung der Dürre sein kann“, bemerkt Alwutayd. „SA190 hat die Wurzelarchitektur der Pflanze aktiv verändert und dadurch die Wassernutzungseffizienz der Pflanze verbessert.“

Anschließend bereitete das Team Luzerne mit SA190 vor, und diese Pflanzen zeigten im Vergleich zu den Kontrollen eine deutlich höhere Widerstandsfähigkeit gegen Dürre.

„SA190 lässt sich problemlos in großen Mengen in Fermentern herstellen und die Samen von Nutzpflanzen müssen nur mit den Mikroben umhüllt werden“, sagt Hirt. „Sobald die Samen auf dem Feld ausgesät sind, verbindet sich SA190 direkt mit den Pflanzensämlingen und vermeidet so die Konkurrenz mit anderen Bodenmikroorganismen. Dies ist möglicherweise ein sehr wirksames Instrument, um Pflanzen dabei zu helfen, Dürre zu widerstehen.“