Der Mikroben-Schatz im Gerstensamen- neue Ansätze für die Züchtungsforschung |
JKI-Studie weist Effekt des Genotyps auf das Mikrobiom im Gerstenkorn nach. Das könnte neue Ansätze für die Züchtung neuer Sorten mit höherer Widerstandskraft gegen Krankheiten und verringertem Düngebedarf liefern. Das Mikrobiom des Gerstensamens hängt in seiner Zusammensetzung und Diversität stark vom Genotyp der Gerste ab. Das zeigt eine Studie des JKI und der Universität Kopenhagen, die das Samenmikrobiom von sieben verschiedenen Gerste-Genotypen unter die Lupe genommen hat. Neben den genannten Unterschieden konnte darüber hinaus auch ein Genotyp-übergreifendes „Kernmikrobiom“ der Gerste identifiziert werden.
„Die in der Studie aufgezeigte genetische Kopplung von
Mikrobiomdiversität und Pflanzengenotyp stellt einen Anreiz für die
Züchtungsforschung dar, Genotypen mit einer hohen Diversität und
Abundanz eines nützlichen Samenmikrobioms genauer zu betrachten“,
erklärt Nina Bziuk vom Julius Kühn-Institut (JKI), Erstautorin der
Publikation. In ferne Zukunft gedacht könnten so möglicherweise
Pflanzenschutzmittel oder Mineraldünger eingespart werden, da einzelne
Organismen des Mikrobioms das Pflanzenwachstum stimulieren und mit dem
Immunsystem der Pflanze interagieren können. Sie stärken so die
Widerstandsfähigkeit gegenüber Krankheitserregern. Auch die Nutzung
einzelner Organismen als Biostimulanzien wäre denkbar.
Im Rahmen
der Studie wurde aus einem Bestand von 200 Gerstengenotypen sieben
Genotypen ausgewählt, welche die genetische Diversität der Gerste
bestmöglich repräsentieren. Die bakterielle Gemeinschaft im Samen dieser
sieben Genotypen wurde mit Hilfe kultivierungsunabhängiger
DNA-basierter Methoden und traditioneller Kultivierungsverfahren
anschließend genauer betrachtet. „Enterobacteriaceae stellten hierbei
die am stärksten vertretene Klasse im Samenmikrobiom dar,“ so Bziuk,
„andere häufige Gattungen des Kernmikrobioms waren Curtobacterium,
Paenibacillus, Pantoea, Sanguibacter und Saccharibacillus.“
Darüber
hinaus gelang es den Forschenden bakterielle Isolate der Endophyten aus
den sterilisierten Gerstensamen zu kultivieren. Die taxonomische
Einordnung der isolierten Endophyten erfolgte über ihre 16S rRNA
Gen-Sequenz, deren Vergleich die bevorzugte molekularbiologische Methode
zur Identifizierung von Bakterien in ihrer Gattungsebene
herausgestellt.
Unter Laborbedingungen produzieren viele dieser
Isolate Metabolite, die das Potenzial besitzen, Pflanzenwachstum oder
Resistenzen gegenüber biotischen und abiotischen Stressoren, vor allem
in frühen Phasen der Pflanzenentwicklung, zu steigern. „Dies trifft
nicht nur auf Samenmikroben, sondern auch auf Organismengemeinschaften
im Wurzelbereich der Pflanze zu, wie wir aus vergangenen Studien bereits
wissen“, ergänzt Professor Dr. Kornelia Smalla, Leiterin der
Arbeitsgruppe molekulare mikrobielle Ökologie am JKI-Fachinstitut für
Epidemiologie und Pathogendiagnostik. „Auch für das Wurzelmikrobiom
konnten wir in dieser Studie einen Genotyp-induzierten Effekt auf die
Zusammensetzung der Mikroorganismen in der Rhizosphäre beschreiben“, so
Smalla. „Häufigkeit und Vorkommen der Mikroben-Gattungen in der
Rhizosphäre und im Samenkorn eines Genotyps unterscheiden sich jedoch
maßgeblich.“
Auch wenn die Forschenden anhand von Single
Nucleotid Polymorphismen in dieser Studie keine genetische Korrelation
zwischen den sieben Gerstengenotypen und dem jeweiligen Mikrobiom
herstellen konnten, sehen Sie dennoch großes Potential in der genaueren
Betrachtung der Kausalkette von Genotyp, Mikrobiomzusammensetzung und
Resistenz- bzw. Widerstandsfähigkeit. Diese bietet möglicherweise
züchterische Ansatzpunkte um Kulturpflanzen besser gegen Schaderreger
oder sich ändernde Umweltfaktoren zu wappnen und zukünftige
Herausforderungen zu begegnen.
Den Artikel finden Sie unter:
https://www.julius-kuehn.de/pressemitteilungen/pressemeldung/news/pi2021-33-der-mikroben-schatz-im-gerstensamen-neue-ansaetze-fuer-die-zuechtungsforschung/
Quelle: Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (11/2021)
Publikation: Bziuk
et al. (2021): The treasure inside barley seeds: microbial diversity
and plant beneficial bacteria, Environmental Microbiome. DOI: https://doi.org/10.1186/s40793-021-00389-8 |