Forscher haben erstmals gezeigt, wie ein Mechanismus, der die Wurzelentwicklung in Pflanzen steuert, es ihnen ermöglicht, besser mit umweltbedingten Stressbedingungen fertig zu werden.
Ein Team von Pflanzenwissenschaftlern der University of Nottingham hat einen neuartigen Regulationsmechanismus entdeckt, der zeigt, wie Pflanzenmikrobiota mit Pflanzenwurzeln harmonieren, um deren Verzweigung zu kontrollieren. Die Ergebnisse wurden im veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Science.
Pflanzen, die in natürlichen Ökosystemen wachsen, leben neben einer Vielzahl von Mikroorganismen – virusähnlichen Partikeln, Bakterien, Pilzen und Oomyceten –, die als Mikrobiota bekannt sind. Einige dieser Mikroben unterstützen das Pflanzenwachstum und andere können sich nachteilig auswirken. Ein Gleichgewicht zwischen ihnen ist unerlässlich, um die Pflanzengesundheit zu gewährleisten.
In dieser Studie fanden Forscher heraus, dass die Pflanzenmikrobiota die Wurzelarchitektur in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana regulieren, wodurch Pflanzen ihre Wurzeln anpassen können, um Wasser und Nährstoffe aus dem Boden in sich verändernden Umgebungen besser aufzunehmen.
Diese Entdeckung erweitert das aktuelle Wissen darüber, wie Pflanzen die mikrobielle Funktion in die Mechanismen der Wurzelverzweigung integrieren, erheblich und könnte zukünftige mikrobiologische Lösungen anleiten, um die Nahrungsmittelproduktion in erodierten und nährstoffarmen Böden zu steigern, wo die Pflanzenleistung von der Wurzelfunktion abhängt.
„Die Identifizierung dieses alternativen Mikrobiota-gesteuerten Mechanismus wird es uns ermöglichen, die Form des Wurzelsystems mithilfe mikrobieller Ansätze zu optimieren, um seine Kapazität für die Aufnahme von Wasser und mineralischen Nährstoffen, die Pflanzenverankerung und auch die Interaktion mit nützlichen Bodenmikrobiota als Reaktion darauf zu erhöhen Klimawandel“, sagt Mathieu Gonin, Research Fellow an der School of Biosciences der University of Nottingham.
Die Ergebnisse sind von großer Relevanz, fuhr Mathieu fort, da die Entdeckung eines Mikrobiota-gesteuerten Weges der Wurzelverzweigungsplastizität in natürlichen Ökosystemen, wenn Mikroben allgegenwärtig sind, der Ausgangspunkt sein könnte, um die Wechselwirkungen zwischen den anderen unterschiedlichen regulatorischen Zweigen der Wurzelverzweigung (Auxin, Nährstoffe, und das Immunsystem), die zur Integration von sowohl biotischen als auch abiotischen Umweltreizen in das endogene Entwicklungsprogramm beitragen, um die laterale Wurzelplastizität zu modulieren.
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Mathieu Gonin et al, Pflanzenmikrobiota kontrolliert einen alternativen Wurzelverzweigungsregulationsmechanismus in Pflanzen, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2301054120