Identifizierung von zwei Hülsenpflanzengenen, die Symbiosen von landwirtschaftlichem Interesse kontrollieren

Ein internationales Team von Forschern isolierte und sequenzierte zwei Gene (DMI1 und DMI3) der Hülsenmodellpflanze „Medicago truncaluta“, die an der Symbiose zwischen Bakterien und Pilzen oder Hülsen beteiligt sind, indem sie es ihnen ermöglichen, Stickstoff aus der Luft zu fixieren und Phosphor aus dem Boden aufzunehmen. Die Proteine, die von den beiden Genen DMI1 und DMI3 kodiert werden, spielen eine Rolle in der intrazellulären Signalisierung, die von den molekularen Signalen der Symbionten verursacht wird.

Einige Mikroorganismen des Bodens sind in der Lage, sich mit Pflanzenwurzeln zu verbinden, um sogenannte Symbiosen aufzubauen. Symbiosen spielen eine wichtige ökologische und landwirtschaftliche Rolle. Zum Beispiel betrifft die uralte, mehr als 400 Millionen Jahre alte Symbiose zwischen „Glomales“ Pilzen und Bäumen ungefähr 80% der Pflanzen und hilft den Pflanzen, ihren Wasser- und Mineralienverbrauch zu optimieren.

Eine neuere „nur“ 60 Millionen Jahre alte Symbioseform zwischen „Rhizobium“ Bodenbakterien und Hülsenpflanzen gibt den Hülsenpflanzen die unter den verbreiteten Ackerbaupflanzen einzigartige Fähigkeit, den Stickstoff der Luft unmittelbar nutzen zu können. Die Rhizobium bilden auf den Pflanzenwurzeln kleine Organe, die den Luftstickstoff zu Ammonium reduzieren, das von der Pflanze genutzt werden kann. Diese Symbiose produziert jedes Jahr so viel direkt nutzbaren Stickstoff wie die ganze Produktion der gesamten Weltdüngemittelindustrie.

Jetzt haben Forscher der CNRS-INRA Forschungseinheit in Toulouse, Frankreich, in Zusammenarbeit mit internationalen Experten, zwei Gene isoliert und sequenziert, die diese Symbiose ermöglichen. Diese beiden Gene heißen DMI1 und DMI3 und verursachen bei den Bakterien die Synthese von extrazellulären Signalen, den sogenannten „Nod“ Faktoren, die vom „Lipo-chito-oligosaccharid“-Typ sind. Diese Komponenten induzieren eine Signalisierung, die von den Pflanzenwurzeln durch verschiedene Reaktionen beantwortet werden, darunter periodische Oszillationen der Kalziumkonzentration bei den absorbierenden Haaren. Das von DMI1 kodierte Protein ist für die Generation der Oszillationen nötig. Das von DMI3 kodierte Protein kann die Schwankungen der Kalziumkonzentration in der Zelle wahrnehmen und eine Botschaft übertragen, indem es Zielproteine durch Phosphatgruppenübertragung aktiviert.

Die Charakterisierung dieser Schlüsselgene soll zu einem besseren Verständnis der zellulären und molekularen Mechanismen der Symbiosen führen und schließlich zu einer Steigerung ihrer Effizienz beitragen.

Diese Zusammenarbeit von französischen, amerikanischen, ungarischen und niederländischen Forschern wurde vom renommierten Fachjournal „Science“ veröffentlicht.

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Quelle: Wissenschaft-Frankreich, Nummer 48 vom 26.02.2004, Französische Botschaften in Deutschland, Österreich und der Schweiz, Kostenloses Abonnement durch E-Mail : sciencetech@botschaft-frankreich.de