Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zensus in der Pflanzenwurzel

16.01.2014
Bakterielle Lebensgemeinschaften spiegeln Artzugehörigkeit und Standortvorlieben wider

Pflanzen unterhalten in ihren Wurzeln bakterielle Lebensgemeinschaften, die ihnen zu Diensten sind. Klaus Schläppi und Paul Schulze-Lefert vom Max-Planck Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln haben gezeigt, dass diese Lebensgemeinschaften erstaunlich stabil sind und im Kern aus wenigen Bakterienfamilien bestehen. Deren Zusammensetzung hängt von der Zugehörigkeit zu einer Pflanzenfamilie und den Standortvorlieben der Pflanzen ab.


Blattrosette und Wurzelsystem der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana.

© MPI f. Pflanzenzüchtungsforschung/ K. Schläppi


Grünes Licht für bakterielle Lebensgemeinschaften: Bakterien auf der Wurzel von Arabidopsis thaliana (grün). Die Kontur der Pflanzenwurzel erscheint rot.

© MPI f. Pflanzenzüchtungsforschung/ K. Schläppi

Der Erdboden ist das artenreichste mikrobielle Ökosystem der Welt. Ein Teil dieser Bodenbakterien besiedeln auch die Pflanzenwurzeln. Deshalb stellt sich die Frage, ob das mikrobielle Leben in der Wurzel ein Spiegelbild der Bodenflora ist oder ob die Wirtspflanze die Zusammensetzung gezielt beeinflusst. Beherbergt eine Pflanzenfamilie also eine familientypische Auswahl an Bodenbakterien, die bei jedem Vertreter mehr oder weniger gleich ist - egal, wo er gerade Wurzeln geschlagen hat? Schläppi, Schulze-Lefert und ihre Kollegen sind dieser Frage nachgegangen und haben geprüft, wie ähnlich die bakteriellen Lebensgemeinschaften bei unterschiedlich nah verwandten Arten sind. Für diesen Zensus haben sie vier Arten von Kreuzblütengewächsen an zwei natürlichen Standorten und im Gewächshaus untersucht. Die Arten haben sich entwicklungsgeschichtlich vor acht bis 35 Millionen Jahren auseinanderentwickelt.

Bei den Pflanzen handelt es sich um Arabidopsis thaliana und ihre „jüngeren“ Schwesterarten Arabidopsis lyrata und Arabidopsis halleri sowie die „ältere“ Cardamine hirsuta. Arabidopsis thaliana, Arabidopsis lyrata und Cardamine hirsuta mögen keine Nahrungskonkurrenz und kommen an offenen und trockenen Standorten wie Steppen oder Berghängen vor. Arabidopsis halleri kommt auch mit Nahrungskonkurrenz gut zurecht und kann auf feuchten Wiesen leben.

„Wir haben bei unserem Zensus zwei wesentliche Beobachtungen gemacht“, sagt Schläppi zu den Ergebnissen. „Während die eine Hälfte der bakteriellen Gemeinschaft in der Wurzel ein Spiegelbild der von der Umwelt abhängigen Bodenflora ist, finden sich in der anderen Hälfte Bakterien, die davon unabhängig sind. Interessanterweise besteht dieser konservierte Kern aus einer taxonomisch begrenzten Gruppe mit Bakterien aus drei Familien.“ Allerdings gibt es Unterschiede bei der Anzahl der vorhandenen Bakterien. Einige der untersuchten Pflanzen beherbergen mehr von der einen Bakterienfamilie, andere mehr von der anderen Familie. „Das ist unsere zweite wichtige Beobachtung: Diese Unterschiede lassen sich nicht alleine durch die evolutionsgeschichtliche Distanz zwischen den untersuchten Pflanzenarten erklären.“

Die Unterschiede gehen nach Ansicht der Kölner Wissenschaftler auch auf die verschiedenen Standortvorlieben zurück. Arabidopsis thaliana und Arabidopsis lyrata bevorzugen ähnliche Standortortbedingungen, sie haben auch die ähnlichsten mikrobiellen Lebensgemeinschaften. Am engsten miteinander verwandt sind aber Arabidopsis lyrata und Arabidopsis halleri. „Die quantitativen Unterschiede bei den bakteriellen Lebensgemeinschaften haben sehr wahrscheinlich auch mit der arttypischen Anpassung an den Lebensraum zu tun“, erklärt Schläppi.

Ob die Kreuzblütengewächse die drei prominenten Bakterienfamilien gezielt in ihre Wurzel einladen und ihnen eine molekulare Eintrittskarte zuspielen oder ob sich die drei prominenten Bakterienfamilien einfach nur besser gegen ihre Konkurrenten im Boden durchsetzen können, lässt sich derzeit noch nicht beantworten. Schläppi und seine Kollegen vermuten, dass beide Prozesse eine Rolle spielen. Vor allem die Konkurrenz wird nicht zu unterschätzen sein, denn Pflanzen sind für alle Arten von Bakterien attraktiv. Die Gewächse scheiden nämlich einen Teil ihres bei der Fotosynthese hergestellten Zuckers durch die Wurzel in den Boden aus. „Natürlich wollen alle Bakterien an diese Zuckertöpfe“, sagt Schläppi. „Wir gehen davon aus, dass die Pflanzen von den wurzelassoziierten Bakterien wertvolle Dienste als Gegenleistung erhalten. Sonst würde die Symbiose nicht funktionieren.“

Welche Dienstleistungen das sein werden, wollen die Wissenschaftler als nächstes klären. Zwei sind offensichtlich: Die Bakterien helfen den Pflanzen an bestimmte Nährstoffe heranzukommen, wie etwa an lösliches Phosphat oder sie helfen ihnen, im Boden herumlungernde Krankheitserreger auf Distanz zu halten.

Ansprechpartner
Prof. Dr. Paul Schulze-Lefert
Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung, Köln
Telefon: +49 221 5062-350
Fax: +49 221 5062-353
E-Mail: schlef@mpipz.mpg.de
Dr. Klaus Schläppi
Telefon: +41 44 377-7292
E-Mail: klaus.schlaeppi@agroscope.admin.ch
Originalpublikation
Klaus Schlaeppi et al.
Quantitative divergence of bacterial root microbiota in Arabidopsis thaliana relatives.

PNAS, online vorab veröffentlicht, 30. Dezember 2013 (doi: 10.1073/pnas.1321597111)

Dr. Klaus Schläppi | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/7723108/bakterien_pflanzenwurzel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Was läuft schief beim Noonan-Syndrom? – Grundlagen der neuronalen Fehlfunktion entdeckt
16.10.2017 | Leibniz-Institut für Neurobiologie

nachricht Keimfreie Bruteier: Neue Alternative zum gängigen Formaldehyd
16.10.2017 | Technische Universität Graz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Im Focus: Smart sensors for efficient processes

Material defects in end products can quickly result in failures in many areas of industry, and have a massive impact on the safe use of their products. This is why, in the field of quality assurance, intelligent, nondestructive sensor systems play a key role. They allow testing components and parts in a rapid and cost-efficient manner without destroying the actual product or changing its surface. Experts from the Fraunhofer IZFP in Saarbrücken will be presenting two exhibits at the Blechexpo in Stuttgart from 7–10 November 2017 that allow fast, reliable, and automated characterization of materials and detection of defects (Hall 5, Booth 5306).

When quality testing uses time-consuming destructive test methods, it can result in enormous costs due to damaging or destroying the products. And given that...

Im Focus: Cold molecules on collision course

Using a new cooling technique MPQ scientists succeed at observing collisions in a dense beam of cold and slow dipolar molecules.

How do chemical reactions proceed at extremely low temperatures? The answer requires the investigation of molecular samples that are cold, dense, and slow at...

Im Focus: Kalte Moleküle auf Kollisionskurs

Mit einer neuen Kühlmethode gelingt Wissenschaftlern am MPQ die Beobachtung von Stößen in einem dichten Strahl aus kalten und langsamen dipolaren Molekülen.

Wie verlaufen chemische Reaktionen bei extrem tiefen Temperaturen? Um diese Frage zu beantworten, benötigt man molekulare Proben, die gleichzeitig kalt, dicht...

Im Focus: Astronomen entdecken ungewöhnliche spindelförmige Galaxien

Galaxien als majestätische, rotierende Sternscheiben? Nicht bei den spindelförmigen Galaxien, die von Athanasia Tsatsi (Max-Planck-Institut für Astronomie) und ihren Kollegen untersucht wurden. Mit Hilfe der CALIFA-Umfrage fanden die Astronomen heraus, dass diese schlanken Galaxien, die sich um ihre Längsachse drehen, weitaus häufiger sind als bisher angenommen. Mit den neuen Daten konnten die Astronomen außerdem ein Modell dafür entwickeln, wie die spindelförmigen Galaxien aus einer speziellen Art von Verschmelzung zweier Spiralgalaxien entstehen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Wenn die meisten Menschen an Galaxien denken, dürften sie an majestätische Spiralgalaxien wie die unserer Heimatgalaxie denken, der Milchstraße: Milliarden von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

bionection 2017 erstmals in Thüringen: Biotech-Spitzenforschung trifft in Jena auf Weltmarktführer

13.10.2017 | Veranstaltungen

Tagung „Energieeffiziente Abluftreinigung“ zeigt, wie man durch Luftreinhaltemaßnahmen profitieren kann

13.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

ESO-Teleskope beobachten erstes Licht einer Gravitationswellen-Quelle

16.10.2017 | Physik Astronomie

Was läuft schief beim Noonan-Syndrom? – Grundlagen der neuronalen Fehlfunktion entdeckt

16.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Gewebe mit Hilfe von Stammzellen regenerieren

16.10.2017 | Förderungen Preise