Die Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung maßgeschneiderter „Probiotika“ für Pflanzen. Sie könnten zu einer ressourceneffizienteren Landwirtschaft beitragen, indem sie den Bedarf an Stickstoffdünger reduzieren.

Pflanzen wachsen in einem komplexen Netzwerk von Mikroorganismen. Sie können ihr umgebendes Mikrobiom aktiv verändern, während die Mikroorganismen im Gegenzug das Wachstum der Pflanzen beeinflussen. „Diese Wechselwirkung können wir gezielt nutzen, in dem wir spezifische, für uns und die Pflanzen nützliche Mikroorganismen bei den Pflanzen einsetzen – Probiotika für Pflanzen“, sagt Peng Yu, Professor für Pflanzengenetik an der TUM.

Um die nützliche symbiotische Beziehung zwischen Mikroorganismen und Pflanzen besser zu verstehen, untersuchte das Forschungsteam die Wechselwirkungen auf genetischer, metabolischer und physiologischer Ebene.

45% der Stickstoffaufnahme basieren auf der Genetik der Pflanze und Mikroorganismen

Die Analysen ergaben, dass 203 bakterielle Gensequenzen stark von der Wirtspflanze geprägt sind, beispielsweise durch deren Stoffwechselprodukte. Das deutet darauf hin, dass Pflanzen die Zusammensetzung und Funktion ihres umgebenden Mikrobioms aktiv an ihre aktuellen Bedürfnisse anpassen können. Außerdem fanden die Forschenden heraus, dass 45% der natürlichen Variation in der Stickstoffaufnahme durch die Genetik des Wirts und der Mikroben erklärt werden können.

Sphingopyxis als Kandidat für pflanzliche Probiotika

Besonders eine Bakteriengruppe scheint die Funktion und das Wachstum der Pflanzen zu unterstützen: Sphingopyxis. Erste Versuche mit Raps zeigen, dass der Einsatz dieser Bakterien die Wurzelentwicklung auch in stickstoffarmen Böden verbessern und damit die Stickstoffaufnahme steigern kann.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass durch den Einsatz von Sphingopyxis die benötigte Menge an Stickstoffdünger reduziert werden könnte, ohne das Pflanzenwachstum und die Erträge zu beeinträchtigen. Die „Pflanzenprobiotika“ könnten so dazu beitragen die Umweltbelastung durch die Landwirtschaft zu verringern, indem weniger Stickstoff genutzt wird.

„Wir wollen eine probiotische Mischung aus mehreren Mikroorganismen entwickeln, die mehrere Vorteile für die Pflanzen bringt“, sagt Yu. Die weitere Forschung wird sich darauf konzentrieren, andere Mikroorganismen zu identifizieren, die nicht nur die Aufnahme sondern auch die Verwertung von Stickstoff verbessern.