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Forschung & Technik
08.06.2021

Neues Verfahren erfasst Mikrobiota schneller

Die Mikrobiota im Wurzelraum von Pflanzen (hier: Gerste) lassen sich jetzt schneller und einfacher bestimmen. Foto: Stefan Werner / Pixabay

Mehr Wissen um die Interaktion von Pflanzen und Mikroorganismen

Pflanzen und Mikroorganismen arbeiten eng zusammen. Die gemeinsame Interaktion ist aber nicht bei allen Pflanzen gleich. Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Kölner Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung hat nun praktikable Lösungen präsentiert, wie sich die Mikrobiota, die Gesamtheit aller Mikroorganismen, im Wurzelraum von Pflanzen jetzt schneller und einfacher bestimmen lassen.

Die Mikroorganismen im Wurzelraum von Pflanzen sind enorm wichtig für die Pflanzen. Das geht sogar so weit, dass die Mikrobiota Pflanzen bei Stress von Krankheiten, Hitze, Nährstoffmangel oder Schädlingsbefall schützen können. Umgekehrt beeinflussen die Pflanzen durch ihre Wurzelabsonderungen die Zusammensetzung der Mikrobengemeinschaft. Ein neues Protokoll zeigt die unterschiedliche Zusammensetzung von Mikrobiota auf und hilft damit, die Zusammenarbeit von Kulturpflanzen mit den Mikroorganismen besser zu untersuchen.

Enorme Zeitersparnis möglich

Wenn man das Zusammenwirken von Mikroben und Pflanzen untersuchen möchte, gibt es mehrere Probleme: Die wurzelassoziierten Mikroorganismen müssen zunächst erst im Labor kultiviert werden, sie wachsen aber unterschiedlich schnell. Auch die DNA-Untersuchung von genetisch unterschiedlichen Mikroorganismen ist nicht ganz einfach. Außerdem müssen große Datenmengen verarbeitet werden. Mittels eines neuen Protokolls, das eine internationale Forschungsgruppe jetzt entwickelt hat, können in Zukunft auch andere Arbeitsgruppen diese Untersuchungen relativ schnell vornehmen – allerdings nur bei Bakterien.

Der Schnelltest funktioniert so: Es werden Proben von frischen Wurzeln entnommen, die in natürlicher Erde gewachsen sind und deren Wurzelmikrobiota schon voll entwickelt ist. Das ist bei der Ackerschmalwand nach sechs Wochen der Fall, bei Reis dauert es acht Wochen. Die Mikroorganismen werden nun verdünnt und in Flüssigmedien kultiviert. Mittels einer mathematischen Berechnung wird die optimale Verdünnung ermittelt. Die schnell wachsenden Bakterien werden in einem bestimmten Nährmedium aus Sojabrühe in ihrem Wachstum ausgebremst. Dieses Verfahren vereinfacht das ganze Procedere enorm, weil die Kolonien nicht mehr zeitaufwändig vereinzelt werden müssen. Die Zeitdauer verkürzt sich von Wochen auf ein bis zwei Tage. Danach müssen die Bakterien taxonomisch bestimmt, also klassifiziert werden. Die Zielgröße liegt hier bei rund 70 Prozent. Um die gewonnenen genetischen Daten auszuwerten, entwickelten die Fachleute einen bioinformatischen Prozess namens „Culturome“.

Vielfältiger Nutzen vom Labor bis aufs Feld

Das neue Verfahren birgt viele Vorteile: neben der Zeitersparnis bei der Bestimmung der beteiligten Bakterienstämme im Wurzelraum kann das Zusammenspiel von Pflanzen und Mikroorganismen so leichter erforscht werden. Einzelne Stämme lassen sich kombinieren und die Auswirkungen von verschiedenen Umweltbedingungen können untersucht werden. Ein konkretes Vorhaben in der Landwirtschaft ist beispielsweise die vorbeugende Impfung von Saatgut mit förderlichen Bakterien, die die jungen Pflanzen unempfindlicher gegen Umweltstress machen. Einziges Manko: Für Bakterien, die nicht in Flüssigmedien wachsen oder strikt anaerob leben, ist dieses Protokoll nicht geeignet.

Quelle: pflanzenforschung.de

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