Neue Symbiose zwischen Pflanzen und Mikroorganismen entdeckt

Eine Forschergruppe aus Gießener Wissenschaftlern und ihren Kollegen von der Universität Tübingen entdeckten kürzlich eine ganze Gruppe von pilzlichen Mikroorganismen mit Namen Sebacinales, die Pflanzenwurzeln besiedeln und dabei positive Wirkung auf Ernteertrag und Gesundheit der Pflanze haben.

Das renommierte amerikanische Wissenschaftsjournal Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA (PNAS) berichtet in seiner jüngsten Ausgabe über die Entdeckung dieser unbekannten Lebensgemeinschaft, die aufgrund ihrer vermuteten weltweiten Verbreitung eine außergewöhnliche Bedeutung bei der Stabilisierung von globalen Ökosystemen haben könnte (online http://www.pnas.org/papbyrecent.shtml).

Bereits im Jahr 1997 wurde in der indischen Thar Wüste Nord-West-Indiens zufällig der pilzliche Mikroorganismus, Piriformospora indica („der indische Pilz mit den birnenförmigen Sporen“), entdeckt, der dort in Lebensgemeinschaft mit Wüstenpflanzen lebt. Diese zunächst unspektakuläre Entdeckung gewann an Brisanz, als Gießener Forscher zusammen mit ihren Kollegen des Max-Planck-Instituts in Marburg zeigen konnten, dass der Pilz das Wachstum und die Gesundheit zahlreicher Pflanzen, darunter agronomisch bedeutender Getreide, verbessert und die Toleranz gegenüber Salzstress erhöht (PNAS (2005), 102: 13386-13391). Die neuen Forschungsergebnisse zeigen nun, dass nicht nur P. indica positive agronomische Effekte hervorruft, sondern auch eine Vielzahl von verwandten Arten, die in der neuen Ordnung Sebacinales zusammengefasst werden.

Soweit von den Wissenschaftlern getestet, zeigen diese Arten die gleichen, wenn nicht sogar noch bessere Wirkungen im Hinblick auf Wachstumsstimulation und Pathogen-Resistenz in Getreidepflanzen. Neu und überraschend ist auch, dass die Sebacinales-Pilze eine bis heute unbekannte Lebensweise zeigen: Um sich erfolgreich zu vermehren, besiedeln sie Wurzelzellen, die sie vorher abgetötet haben. Erst als Konsequenz dieser Besiedlung kann die Pflanze offensichtlich vom Eindringling profitieren, also nach dem ökonomischen Prinzip „quid pro quo“. Wahrscheinlich töten die Pilze Wurzelzellen nicht mit Toxinen, sondern zwingen einzelne Zellen, ihr eigenes Zelltod-Programm (Apoptose) zu aktivieren. Die Forscher sprechen in diesem Zusammenhang von einem „programmierten Zelltod“, der in der Pflanze durch den Mikroorganismus initiiert wird. Dieses Zelltod-Programm ist Bestandteil natürlicher Entwicklungsprozesse in Pflanzen, unter anderem dem Blattfall im Herbst, es besitzt aber auch lebensnotwendige Funktionen im Bereich der Organentwicklung. Die Forscher haben große Hoffnung, dass die nützlichen Mikroorganismen in naher Zukunft in der Landwirtschaft eingesetzt werden können, etwa zur Ertragsteigerung oder zur Stabilisierung von Agrar-Ökosystemen. Auch für den ökologischen Landbau ergeben sich hochinteressante Möglichkeiten durch die Verbesserung der Pflanzengesundheit.

Neben der Nutzung in der Landwirtschaft versprechen sich die Forscher aber auch einen enormen Erkenntnisgewinn über die molekularen Mechanismen von Symbiosen und die Biodiversität von nützlichen Mikroorganismen in globalen Ökosystemen. „Dies ist eine der zentralen Fragestellungen, die die Universität im neuen Gießen University Center for Infection, Disease and Environment verfolgen soll, einem im Rahmen der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder beantragten weiteren Excellenzcluster der Universität Gießen“, so der Leiter der Gießener Arbeitsgruppe und Vizepräsident der Universität, Prof. Dr. Karl-Heinz Kogel. „Die Veröffentlichung in PNAS ist ein weiterer Beleg dafür, wie exzellent die Gießener Umweltforschung auch international aufgestellt ist“.

Deshmukh S, Hückelhoven R, Schäfer P, Imani J, Sharma M, Weiß M, Waller F, Kogel KH (2006) The root endophytic fungus Piriformospora indica requires host cell death for proliferation during mutualistic symbiosis with barley. Proc. Nat. Acad. Sci USA, online http://www.pnas.org/papbyrecent.shtml

Kontakt:

Prof. Dr. Karl-Heinz Kogel
Institut für Phytopathologie und Angewandte Zoologie (IPAZ)
Heinrich-Buff-Ring 26-32, 35392 Gießen
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