Hungrige Pflanzen bestellen Eisen von Bodenmikroben

Um mit unserem Thanksgiving-Thema fortzufahren, erfahren Sie hier, wie Pflanzen etwas Nahrung für ihr eigenes Abendessen ernten. Danke an das Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung für die Arbeit an diesem Artikel.

In der Natur sind gesunde Pflanzen voller Bakterien und anderer Mikroben, die größtenteils aus dem Boden stammen, in dem sie wachsen. Diese Gemeinschaft von Mikroben, die Pflanzenmikrobiota , ist für ein optimales Pflanzenwachstum unerlässlich und schützt Pflanzen vor den schädlichen Auswirkungen pathogener Mikroorganismen und Insekten. Es wird auch angenommen, dass die Mikrobiota der Pflanzenwurzel die Pflanzenleistung verbessert, wenn der Nährstoffgehalt niedrig ist, aber konkrete Beispiele für solche vorteilhaften Wechselwirkungen bleiben rar.

Eisen ist einer der wichtigsten Mikronährstoffe für Pflanzenwachstum und Produktivität. Obwohl es in den meisten Böden reichlich vorhanden ist, schränkt die schlechte Verfügbarkeit von Eisen oft das Pflanzenwachstum ein, da es in Formen vorkommt, die von Pflanzen nicht aufgenommen werden können. Ausreichende Ernteerträge erfordern daher häufig die Verwendung von chemischen Düngemitteln, die bei übermäßiger Anwendung ökologisch schädlich sein können. Jetzt haben MPIPZ-Forscher unter der Leitung von Paul Schulze-Lefert eine neuartige Strategie entdeckt, die von Pflanzen angewendet wird, um dieses Problem zu überwinden:Sie setzen Substanzen aus ihren Wurzeln frei, die pflanzenassoziierte Bakterien anweisen, Bodeneisen zu mobilisieren, damit Pflanzen dies problemlos tun können nimm es auf.

Wenn sie mit Eisen in nicht verfügbaren Formen konfrontiert werden, bauen Pflanzen eine kompensatorische Reaktion auf, um einen Eisenmangel zu vermeiden. Diese Hungerreaktion beinhaltet eine umfassende Neuprogrammierung der Genexpression und die Produktion und Sekretion von Cumarinen, aromatischen Verbindungen, die aus Pflanzenwurzeln abgegeben werden und die selbst die Eisenlöslichkeit verbessern können. Interessanterweise wurde kürzlich gezeigt, dass Cumarine eine selektive Kraft sind, die die Zusammensetzung von pflanzenassoziierten Bakteriengemeinschaften prägt. Nun stellt sich heraus, dass manche Cumarine auch als „SOS wirken ” Signal, das die Wurzelmikrobiota dazu veranlasst, die pflanzliche Eisenernährung zu unterstützen.

Um zunächst den Beitrag der Wurzelmikrobiota zur eisenbegrenzenden Pflanzenleistung zu bewerten, verwendeten Christopher Harbort und Kollegen ein kontrolliertes System, das es ihnen ermöglichte, die Verfügbarkeit von Eisen sowie das Vorhandensein von wurzelassoziierten Bakterien zu regulieren. Am Labormodell Ackerschmalwand verglichen sie Pflanzen ohne Bakterien und solche mit einer zugesetzten synthetischen Gemeinschaft (SynCom) von Bakterienkommensalen, die die in der Natur beobachtete Wurzelbakterienvielfalt widerspiegelt. Die Autoren fanden heraus, dass die Zugabe dieses bakteriellen SynCom die Leistung von Pflanzen, die auf nicht verfügbarem Eisen angebaut wurden, stark verbesserte, aber nicht von denen, die mit leicht verfügbarem Eisen angebaut wurden. Durch den Anbau von Pflanzen in Verbindung mit einzelnen Bakterienstämmen konnten sie feststellen, dass diese eisenrettende Fähigkeit unter Bakterien aus verschiedenen Bakterienlinien der Wurzelmikrobiota weit verbreitet ist. Als die Forscher die gleichen Experimente mit Pflanzen durchführten, die in ihrer Fähigkeit, Cumarine zu produzieren oder abzusondern, begrenzt waren, brachte die Bakteriengemeinschaft keine Vorteile. Somit konnten sie zeigen, dass von Pflanzen ausgeschiedene Cumarine dafür verantwortlich sind, unter Eisenmangel Ernährungsunterstützung durch bakterielle Kommensalen hervorzurufen.

Die Ergebnisse der Autoren deuten stark darauf hin, dass die Wurzelmikrobiota ein integraler Bestandteil der Anpassung von Pflanzen an das Wachstum in eisenlimitierenden Böden ist. Darüber hinaus bringt uns diese Forschung durch die Identifizierung des Pflanze-zu-Mikrobe-Signals für Unterstützung einen Schritt näher an die Nutzung natürlich vorkommender Bodenbakterien als Ersatz für synthetische Düngemittel. Die Verbesserung der pflanzlichen Eisenernährung könnte nicht nur die landwirtschaftlichen Erträge verbessern, sondern auch den Nährstoffgehalt von Grundnahrungsmitteln erhöhen, eine potenzielle Strategie zur Bekämpfung des Eisenmangels auch beim Menschen.

Um mehr zu lesen: Von der Wurzel abgesonderte Cumarine und die Mikrobiota interagieren, um die Eisenernährung inArabidopsis zu verbessern
Harbort, C. J., Hashimoto, M., Inoue, H., Niu, Y., Guan, R., Rombolà, A. D., Kopriva, S., Voges, M. J. E. E. E., Sattely, E. S., Garrido-Oter, R ., Schulze-Lefert, P .