Pflanzen kommunizieren mit Mikroorganismen

Die Gesamtheit der Mikroorganismen im Umfeld der Pflanze wird Phyto-Mikrobiom genannt. Die Mikroben geben Signalstoffe ab, um miteinander und mit der Pflanze zu kommunizieren mit dem Ziel, das gemeinsame Überleben zu sichern. Dabei profitieren die kleinen Mitbewohner davon, dass die Pflanzen aus Licht und Kohlendioxid Assimilate erzeugen und ihnen, beispielsweise über Wurzelabsonderungen, etwas davon abgeben. Umgekehrt leisten die Mikroben etwas für die Pflanze. Dieses enge Miteinander ist ein komplexes System. Mehr oder weniger gut erforscht sind die Symbiose von Pflanzen mit stickstoffbindenden, pflanzenwachstumsfördernden Rhizobien (Knöllchenbakterien) und ihre Zusammenarbeit mit Mykorrhiza-Pilzen, die für die Pflanze Mineralstoffe und Wasser im Boden lösen und an sie weitergeben. Doch es gibt sehr viel mehr Mikroorganismen in einem Phyto-Mikrobiom.

Was man bisher über die Kommunikation und die Wirkungen innerhalb dieses Phyto-Mikrobioms selbst erforscht hat oder aus anderen Quellen weiß, wurde in einem Artikel „Signaling in the phytomicrobiome: breadth and potential“ von Donald L. Smith, Sowmyalakshmi Subramanian, John R. Lamont und Margaret Bywater-Ekegärd zusammengefasst. „Das Phyto-Mikrobiom ist wie eine überfüllte Party. Man hört den Gesprächslärm, aber es ist schwierig festzustellen, was jeder Einzelne sagt“, wird Dr. Donald L. Smith, Vorsitzender des wissenschaftlichen Beirats von Inocucor Technologies/Montreal (Kanada) und Professor der Pflanzenwissenschaften an der McGill Universität, der die Studie geleitet hat, von Hortidaily zitiert. Allerdings wisse man jetzt, dass eine Pflanze auf dem Feld nicht allein dasteht, sondern jede ein Ökosystem ist, dessen Wohl davon abhängt, dass die Kommunikationsverbindungen mit der Mikrobengemeinschaft, die zu ihr gehört, stimmen – besonders, wenn Dürre oder andere schwierige Bedingungen drohen.

Die Bakterien des Mikrobioms beispielsweise kommunizieren untereinander über Quorum Sensing und andere Mechanismen. Quorum Sensing ist die Fähigkeit von Einzellern, über die chemische Kommunikation die Zelldichte festzustellen – sie können dann beispielsweise abhängig von der Zelldichte Gene an- und abstellen. Die stickstoffbindenden, pflanzenwachstumsfördernden Rhizobien kommunizieren mit der Pflanze und teilweise mit anderen Mikroben über verschiedene Stoffe.

Pflanzen senden ihre Signale unter anderem über Wurzelabsonderungen. Oft erhöhen sich solche Ausscheidungen bei Stress, zum Beispiel bei Trockenheit, und das wiederum ruft beim Mikrobiom Reaktionen hervor.

Die Signale über die Wurzel-exsudate können spezielle Mikroben aktivieren. Wenn beispielsweise Arabidopsis thaliana als Reaktion auf einen Befall mit einem Blattpathogen Apfelsäure absondert, wird die Bildung eines Biofilms durch Mikroben im Wurzelbereich angeregt.

„Von Darwin haben wir gelernt, dass die Evolution fortdauernd und unerbittlich ist, und nicht ausschließlich durch die Genetik getrieben. Ein wichtiger Schlüssel ist der Einfluss der Interaktion des Organismus mit seiner Umwelt“, wird die Co-Autorin der Studie, Dr. Margaret Bywater-Ekegärd, Mitgründerin und Vize-Vorstand für Technologie und Innovation bei Inocucor, zitiert. Man will die Komplexität des Phyto-Mikrobioms und wie seine Mikroorganismen unter wechselnden Bedingungen kommunizieren, besser verstehen, um den Pflanzen beim Wachsen und Gedeihen zu helfen.

Mit den neuen Ergebnissen könnte man wirksame, preiswerte und umweltfreundliche Pflanzenhilfsmittel entwickeln und so den Einsatz von solchen verringern, die viel fossile Energie verbrauchen. Die neuen Erkenntnisse könnten auch zu einer Verbesserung des Einsatzes nützlicher Mikroorganismen beitragen, wenn es darum geht, die Anpassungsfähigkeit der Pflanzen an unterschiedliche Boden- oder Klimabedingungen zu erhöhen.