Endosymbiose – ein Konzept mit Tradition Stickstofffixierende Wurzelsymbiosen untersucht

Sehr früh gingen Pflanzen daher Lebensgemeinschaften mit Pilzen oder Bakterien ein. Die älteste Form einer solchen Symbiose ist die Arbuskuläre Mykorrhiza: Pilze aus der Familie der Glomeromycota leben teilweise in den Wurzelhärchen ihrer Gastgeber.

Mit ihrem Bodenmyzel nehmen sie gelöste Nährstoffe und Mineralien (vor allem Phosphate) auf und leiten sie an diese weiter; zugleich profitieren sie von den Kohlenhydraten, die die Pflanzen durch Photosynthese erzeugen. Während rund 80 Prozent aller Landpflanzen dieses Konzept nutzen, verfügt nur eine Minderheit über die Fähigkeit zur Symbiose mit Mikroorganismen, die atmosphärischen Stickstoff fixieren können.

Dazu gehören Leguminosen wie Bohnen, Luzerne oder Soja. Sie leben mit den so genannten Rhizobien in Gemeinschaft und gehen die Wurzelknöllchensymbiose ein. Actinorhiza-Pflanzen wie Erle oder Sanddorn kooperieren mit Frankia-Bakterien.

Die Pflanzen profitieren erheblich von diesem Arrangement, denn Stickstoff ist im Boden meist Mangelware. Leguminosen werden daher auch in der Landwirtschaft gerne zur Bodenverbesserung angebaut. Welche genetischen Veränderungen die Entstehung dieser besonderen Art der Symbiose ermöglichten, war bislang unklar.

Forschern von der Münchner Ludwig-Maximilians-Universität um Professor Martin Parniske gelang nun mit französischen Kollegen der Nachweis, dass die Fähigkeit der Pflanzen zur Endosymbiose unabhängig vom Zielorganismus gemeinsame entwicklungsgeschichtliche Wurzeln hat. Offensichtlich gibt es Gemeinsamkeiten im genetischen Programm, das die Arbuskuläre Mykorrhiza und die stickstofffixierende Wurzelknöllchensymbiose miteinander verbindet.

Die Forscher hoffen, die Fähigkeit zur Endosymbiose mit Stickstofffixierern eines Tages auf Getreide und andere Nutzpflanzen übertragen zu können. Dies wäre vom ökologischen wie vom ökonomischen Standpunkt her wünschenswert, da die Produktion von Stickstoffdünger große Mengen an Energie und damit fossilen Brennstoffen verbraucht. Doch zuvor sind weitere Untersuchungen notwendig, um die genetischen Besonderheiten knöllchenbildender Pflanzen aufzuklären.