Auf Entdeckungsreise im Mikrobiom der Pflanzenwurzeln

Wer lebt eigentlich im Boden rund um eine Pflanzenwurzel?

Das Forschungsteam um Stéphane Haquard möchte verstehen, wie Pflanzen mit ihren mikroskopisch kleinen Mitbewohnern – dem Wurzelmikrobiom – zusammenleben. Wie setzt sich diese Gemeinschaft zusammen und welche Faktoren steuern sie? Das Ziel: Pflanzen besser wachsen lassen und sie widerstandsfähiger gegen Krankheiten machen.

Pflanzen leben nicht allein

Wenn wir von einem „Mikrobiom“ sprechen, denken die meisten an den Menschen – an die Gemeinschaft von Mikroben im Darm oder auf der Haut. Doch auch Pflanzen sind Gastgeber für eine riesige Vielfalt an Mikroorganismen. Diese Mikroben - Bakterien, Archaeen und Pilze - stehen in enger Wechselwirkung mit der Pflanze.

Obwohl sie für das bloße Auge unsichtbar sind, haben sie eine große Bedeutung. Sie helfen der Pflanze bei der Nährstoffaufnahme, stärken ihre Abwehrkräfte, machen sie robuster gegenüber Stress wie Trockenheit und schützen sie vor Krankheitserregern. Welche Mikroben sich ansiedeln, hängt nicht nur von der Pflanze selbst ab, sondern auch vom Boden und vom Klima.

Konkurrenz unter Mikroben

Mikroben leben nicht einfach nebeneinander – sie stehen in ständigem Wettbewerb. Bakterien setzen winzige Moleküle ein, die anderen Mikroben das Leben schwer machen.

Ein berühmtes Beispiel ist das Penicillin, entdeckt 1928 von Alexander Fleming. Der Schimmelpilz Penicillium produziert es, um Bakterien zu bekämpfen. Heute kennen wir viele solcher Substanzen – meist denken wir an ihre Rolle als Medikamente, doch ursprünglich sind sie Waffen im Überlebenskampf der Mikroben. So sichern sich Bakterien und Pilze den Zugang zu Nährstoffen oder Platz.

Entdeckung in den Pflanzenwurzeln

Das Team stieß auf das Bakterium Pseudomonas brassicacearum, das besonders stark gegen andere Wurzelbakterien wirkt. Es produziert gleich zwei Moleküle: Das erste heißt 2,4-Diacetylphloroglucinol und greift andere Mikroben direkt an. Das zweite Molekül bindet Eisen und entzieht diesen lebenswichtigen Nährstoff den bakteriellen Konkurrenten.

Um den Einfluss dieser Stoffe zu untersuchen, entwickelte das Team Varianten des Bakteriums, die diese Moleküle nicht mehr produzieren. Dabei zeigte sich: Ohne die beiden Stoffe verändert sich die Zusammensetzung der Wurzelgemeinschaft deutlich. Mit den Stoffen hingegen gewinnt P. brassicacearum die Oberhand und besiedelt die Wurzeln besonders erfolgreich.

Wettbewerb belebt das Geschäft

Wie in vielen Gemeinschaften kann auch bei Mikroben Wettbewerb Vielfalt fördern. Ein ausgewogenes Mikrobiom macht Pflanzen stabiler und schützt vor Störungen. Je größer der Wettbewerb, desto größer die Vielfalt – und desto geringer die Gefahr, dass ein einzelner Stamm die Kontrolle übernimmt und das System aus dem Gleichgewicht bringt.

Das Team um Stéphane Haquard möchte daher herausfinden, welche Mikroben welche antimikrobiellen Stoffe herstellen, wie diese Stoffe das Gefüge der Wurzeln prägen und ob es auch Moleküle gibt, die gezielt gegen Pilze wirken.

Ein Blick in die Zukunft

Je mehr wir über die unsichtbare Welt der Mikroorganismen erfahren, desto besser können wir Pflanzen gesund stärken - für eine nachhaltigere Landwirtschaft und widerstandsfähigere Pflanzen