Wissenschaftler entwickeln erstmals ein Pflanzenmikrobiom, um Pflanzen vor Krankheiten zu schützen und den Einsatz von Pestiziden zu reduzieren

Wissenschaftler haben zum ersten Mal das Mikrobiom von Pflanzen verändert und so die Verbreitung „guter“ Bakterien erhöht, die die Pflanze vor Krankheiten schützen. Die Ergebnisse veröffentlicht in Naturkommunikation von Forschern der Universität Southampton, China und Österreich, könnte den Bedarf an umweltschädlichen Pestiziden erheblich reduzieren. Das Papier trägt den Titel „Die Homöostase des Mikrobioms auf Reisblättern wird durch ein Vorläufermolekül der Ligninbiosynthese reguliert.“

Das öffentliche Bewusstsein für die Bedeutung unseres Mikrobioms – der unzähligen Mikroorganismen, die in und um unseren Körper leben, insbesondere in unserem Darm – wächst. Unser Darmmikrobiom beeinflusst unseren Stoffwechsel, unser Krankheitsrisiko, unser Immunsystem und sogar unsere Stimmung.

Auch Pflanzen beherbergen eine große Vielfalt an Bakterien, Pilzen, Viren und anderen Mikroorganismen, die in ihren Wurzeln, Stängeln und Blättern leben. Seit einem Jahrzehnt erforschen Wissenschaftler intensiv pflanzliche Mikrobiome, um zu verstehen, wie sie sich auf die Gesundheit einer Pflanze und ihre Anfälligkeit für Krankheiten auswirken.

„Zum ersten Mal konnten wir die Zusammensetzung des Mikrobioms einer Pflanze gezielt verändern und so die Anzahl nützlicher Bakterien erhöhen, die die Pflanze vor anderen schädlichen Bakterien schützen können“, sagt Dr. Tomislav Cernava, Co- Autor des Artikels und außerordentlicher Professor für Pflanzen-Mikroben-Interaktionen an der University of Southampton.

„Dieser Durchbruch könnte die Abhängigkeit von umweltschädlichen Pestiziden verringern. Wir haben dies beim Reisanbau erreicht, aber der von uns geschaffene Rahmen könnte auf andere Pflanzen angewendet werden und andere Möglichkeiten zur Verbesserung ihres Mikrobioms eröffnen.“ Mikroben, die die Nährstoffversorgung von Nutzpflanzen erhöhen, könnten den Bedarf an synthetischen Düngemitteln verringern.“

Das internationale Forschungsteam entdeckte, dass ein bestimmtes Gen im Lignin-Biosynthesecluster der Reispflanze an der Gestaltung ihres Mikrobioms beteiligt ist. Lignin ist ein komplexes Polymer, das in den Zellwänden von Pflanzen vorkommt – die Biomasse einiger Pflanzenarten besteht zu mehr als 30 % aus Lignin.

Erstens beobachteten die Forscher, dass es bei der Deaktivierung dieses Gens zu einem Rückgang der Population bestimmter nützlicher Bakterien kam, was seine Bedeutung für die Zusammensetzung der Mikrobiomgemeinschaft bestätigte.

Anschließend machten die Forscher das Gegenteil und überexprimierten das Gen, sodass es mehr von einem bestimmten Metabolitentyp produzierte – einem kleinen Molekül, das von der Wirtspflanze während ihrer Stoffwechselprozesse produziert wird. Dadurch erhöhte sich der Anteil nützlicher Bakterien im Pflanzenmikrobiom.

Als diese manipulierten Pflanzen Xanthomonas oryzae ausgesetzt wurden – einem Krankheitserreger, der in Reispflanzen Bakterienfäule verursacht, waren sie wesentlich resistenter dagegen als Wildtyp-Reis.

Bakterienfäule kommt in Asien häufig vor und kann zu erheblichen Ertragseinbußen bei Reis führen. Die Bekämpfung erfolgt in der Regel durch den Einsatz umweltschädlicher Pestizide. Der Anbau einer Pflanze mit einem schützenden Mikrobiom könnte also zur Verbesserung der Ernährungssicherheit und zum Schutz der Umwelt beitragen.

Das Forschungsteam untersucht nun, wie sie das Vorhandensein anderer nützlicher Mikroben beeinflussen können, um verschiedene Vorteile für die Pflanzengesundheit zu erschließen.