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Beim Streifzug durch die Natur sind so manche unbekannte Schönheiten zu entdecken. Smartphone-Apps wie Flora Incognita helfen, die Neugier zu befriedigen und Wissenslücken schnell zu schließen. Dafür reicht ein Handyfoto aus, um die entsprechende Information zu erhalten. Möglich wird das durch ein Datenportfolio, das im Laufe der Jahre mithilfe der Nutzerinnen und Nutzer weltweit 16.000 Pflanzenarten umfasst. Doch Pflanzenbestimmungs-Apps wie Flora Incognita sind nicht nur für Laien ein nützliches Recherchetool. Auch die Forschung profitiert von der App als Datenquelle, wie zwei aktuelle Studien belegen.

Forschung profitiert von KI-basierter Pflanzenbestimmungs-App

Darin konnten Forschende des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie (MPI-BGC) in Jena und der Technischen Universität Ilmenau zeigen, dass Pflanzenbestimmungen mit kostenlosen Smartphone-Apps wie Flora Incognita oder Meldedaten aus Plattformen wie iNaturalist auch Unterschiede in der Phänologie von Pflanzenarten abbilden können. Damit leisten sie einen Beitrag für die Forschung.

„Die vorliegende Arbeiten zeigen deutlich, dass die Anstrengungen in der Entwicklung der Flora-Incognita-App, insbesondere in der KI-basierten automatischen Bestimmung, fünf Jahre nach der ersten Veröffentlichung der App auch für die Forschung Früchte tragen. Wir ermöglichen damit sehr vielen Menschen mit unterschiedlichen botanischen Vorkenntnissen, sich am phänologischen Monitoring zu beteiligen“, so Patrick Mäder, Co-Leiter des Flora-Incognita-Projekts an der Technischen Universität Ilmenau.

Als Phänologie wird der wiederkehrende Ablauf von Ereignissen wie Blüte, Blattaustrieb, Fruchtbildung, Laubfärbung und Laubabwurf bezeichnet. Immer häufiger verändert sich allerdings der Zyklus durch den Klimawandel und lässt beispielsweise Schneeglöckchen eher blühen. So auch in diesem Jahr. Nach Angaben des Deutschen Wetterdienstes hat der sogenannte phänologische Erstfrühling drei Wochen früher als im langjährigen Mittel begonnen. Das heißt, die Entwicklung der Pflanzen ist eng mit den Klimaänderungen verbunden und beeinflusst deren Erscheinungsbild. Für die Forschung ist daher von Bedeutung, die Phänologie möglichst vieler Arten auf großen Flächen und über eine lange Zeit zu dokumentieren.
 

Phänologisches Monitoring per App möglich

Bisher erfolgte das phänologische Monitoring durch den Deutschen Wetterdienst mithilfe von geschulten Freiwilligen, war jedoch auf Länder, Regionen und Pflanzenarten beschränkt. Eine Studie, die im Fachjournal „Frontiers in Plant Science“ erschienen ist, zeigt, dass die Beobachtungsmuster von Flora Incognita – wie ein früherer Blühbeginn – für einige Pflanzenarten mit denen des Deutschen Wetterdienstes sehr gut übereinstimmen. „Benutzerinnen und Benutzer von Flora Incognita schlagen zwei Fliegen mit einer Klappe. Sie erfahren beim Erkunden der Natur mehr über Pflanzen und sammeln gleichzeitig wichtige Daten für das phänologische Monitoring in Deutschland und Europa“, sagt Negin Katal, Doktorandin am MPI-BGC und Erstautorin der Studie.

Der Klimawandel sorgt auch im Weinanbau zunehmend für Ernteverluste. Vor allem der schnelle Wechsel zwischen Trockenheit und Starkregen, schadet den Trauben und fördert die Ausbreitung von Pilzkrankungen wie Rebenperonospora (Plasmopara viticola) und Grauschimmelfäule (Botrytis cinerea). Um die Rebsorten zu schützen, verwenden Winzer daher Pflanzenschutzmittel. Um den klimabedingten Herausforderungen im Weinanbau umweltfreundlich zu begegnen, setzen Experten auf pilzwiderstandsfähige Rebsorten, bekannt als PIWIs. Sie benötigen weniger Pflanzenschutzmittel, was zu einer geringeren CO₂-Bilanz und weniger Bodenbelastung führt und zudem weniger Arbeitsaufwand für Winzer bedeutet. Trotz dieser Vorteile sind PIWIs in deutschen Weinanbaugebieten kaum zu finden. Ihr Anteil beträgt gegenwärtig nur 3 %.  Doch das soll sich ändern.

Umbau des Weinbaus in der Grenzregion fördern

Im EU-Projekt WiVitis wollen Forschende aus Deutschland, Frankreich und der Schweiz gemeinsam mit vier Weinanbaubetrieben in der Region Oberrhein den Anbau und die Popularität dieser pilzwiderstandsfähigen Rebsorten steigern und damit den nachhaltigen Umbau der Weinbaubranche in der Grenzregion fördern. Das Vorhaben wird vom Julius-Kühn-Institut für Rebenzüchtung, Geilweilerhof in Siebeldingen, koordiniert und mit rund 2 Mio. Euro im Rahmen des Interreg-Programms Oberrhein von der EU gefördert.

PIWIs und Zuchtmaterial auf Traubeneigenschaften prüfen

Im Projekt sollen über mehrere Jahre PIWIs und Zuchtmaterial hinsichtlich verschiedener Traubeneigenschaften umfassend bewertet werden, um künftig die Widerstandsfähigkeit der Weinbeeren gegen Witterungsextreme sowie Rebenkrankheiten besser abschätzen zu können. Anhand von Topfreben soll durch eine kontrollierte Temperatursteigerung auch die Anfälligkeit der Reben auf Rebenperonospora- und Botrytis-Befall bewertet werden. Schließlich sollen mit den Daten Prognosemodelle für die Traubengesundheit weiterentwickelt und damit den Winzern die Sortenauswahl erleichtern und die Einführung der neuen Rebsorten vorangetrieben werden.

Molekulare Marker für die PIWI-Züchtung identifizieren

Bei der Identifizierung des Zuchtmaterials steht eine hohe Botrytis-Festigkeit im Fokus. Dafür wollen die Forschenden im Projekt molekulare Marker für die Rebenzüchtung entwickeln. Für Faktoren wie die Lockerbeerigkeit wurden am JKI bereits Faktoren gegen die Schäden von Grauschimmelfäule durch Botrytis cinerea identifiziert: „Hierbei spielt die Wachsauflage der Beerenhautoberfläche, die sogenannte Cuticula, eine Schlüsselrolle“, erklärt Projektkoordinatorin Katja Herzog, „die Cuticula kann zum Beispiel wasserabweisend und sehr dicht sein und damit eine entscheidende Barriere gegen den Botrytis-Befall und anderweitige Verletzungen der Beere bilden.“

Im Projekt sollen mithilfe sensorgestützter, analytischer und mikroskopischer Verfahren diverse PIWI-Sorten auf ihre Eigenschaften untersucht und mit vorhandenem Zuchtmaterial verglichen werden, um so valide Forschungsdatensätze für die Region Oberrhein zu erstellen und Strategien für den Anbau entwickeln zu können.

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Climate change is also increasingly causing crop losses in viticulture. In particular, the rapid alternation between drought and heavy rainfall damages the grapes and promotes the spread of fungal diseases such as vine peronospora (Plasmopara viticola) and grey mould rot (Botrytis cinerea). Winegrowers therefore use plant protection products to protect the grape varieties. In order to meet the climate-related challenges in viticulture in an environmentally friendly way, experts are focussing on fungus-resistant grape varieties, known as PIWIs. They require fewer pesticides, which leads to a lower carbon footprint and less soil pollution and also means less labour for winegrowers. Despite these advantages, PIWIs are rarely found in German wine-growing regions. Their share is currently only 3%. But this is set to change.

Promoting the reorganisation of viticulture in the border region

In the EU project WiVitis, researchers from Germany, France and Switzerland are working with four winegrowing companies in the Upper Rhine region to increase the cultivation and popularity of these fungus-resistant grape varieties and thus promote the sustainable reorganisation of the winegrowing industry in the border region. The project is coordinated by the Julius Kühn Institute for Grapevine Breeding, Geilweilerhof in Siebeldingen, and is funded by the EU with around 2 million euros as part of the Upper Rhine Interreg programme.

Testing PIWIs and breeding material for grape characteristics

In the project, PIWIs and breeding material are to be comprehensively evaluated over several years with regard to various grape characteristics in order to be able to better assess the resistance of grapes to weather extremes and vine diseases in the future. The susceptibility of the vines to vine peronospora and botrytis infestation is also to be assessed using potted vines by means of a controlled increase in temperature. Finally, the data will be used to further develop forecasting models for grape health and thus make it easier for winegrowers to select varieties and promote the introduction of new grape varieties.

Identifying molecular markers for PIWI breeding

When identifying the breeding material, the focus is on high Botrytis resistance. To this end, the researchers want to develop molecular markers for vine breeding in the project. The JKI has already identified factors against the damage caused by grey mould rot caused by Botrytis cinerea for factors such as loose berry quality: "The wax coating on the surface of the berry skin, the so-called cuticle, plays a key role here," explains project coordinator Katja Herzog, "the cuticle can be water-repellent and very dense, for example, and thus form a decisive barrier against Botrytis infestation and other damage to the berry."

The project will use sensor-based, analytical and microscopic methods to analyse the characteristics of various PIWI varieties and compare them with existing breeding material in order to create valid research data sets for the Upper Rhine region and develop strategies for cultivation.

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Nach Angaben der Deutschen Umwelthilfe ist der Bausektor für 40 % des gesamten Rohstoffverbrauchs und 12 % der Treibhausgasemissionen in Deutschland verantwortlich. Einen vielversprechenden Ansatz, die Treibhausgasemissionen des Bausektors zu reduzieren, verfolgte das Verbundprojekt DACCUS-Pre. Darin haben Forschende unter Leitung des Deutschen Instituts für Textil- und Faserforschung (DITF) gemeinsam mit der Firma TechnoCarbon Technologies einen Baustoff entwickelt, der nicht nur langfristig Kohlenstoff bindet, sondern sogar mehr CO₂ entnimmt, als bei der Herstellung freigesetzt werden.

Hauswand aus nachhaltigem Baustoff auch umweltfreundlich

Im Fokus stand die Entwicklung eines Verbundwerkstoffes, der aus Naturstein, pflanzlichen Carbonfasern und Biokohle besteht. Ein erster Demonstrator, ein Hauswandelement, wurde bereits hergestellt und zeigt, wie klimafreundlich der neue Baustoff ist. Im Vergleich zu einer Hauswand aus Stahlbeton wäre die CO₂-Bilanz einer Hauswand aus dem neuen Baustoff viel positiver. Die Berechnung der Forschenden ergab eine Differenz von 157 CO₂-Äquivalenten je Quadratmeter Hauswand.

Jede einzelne Komponente – Naturstein, Carbonfaser und Biokohle – leistet demnach ihren Beitrag zur negativen CO₂-Bilanz des neuartigen Wandelements. So fallen beim Zuschneiden der beiden Natursteinplatten, die jeweils die Sichtwände bilden, große Mengen Gesteinsstaub ab. Dieser sei durch seine große spezifische Oberfläche sehr reaktionsfreudig und binde allein durch Silikatverwitterung dauerhaft große Mengen des klimaschädlichen Kohlendioxids. Als Naturstein wurde ein Gestein aus Indien verwendet, das für besonders hohe Lasten geeignet ist.

Bessere Energie- und CO₂-Bilanz

Die zum Einsatz kommenden Carbonfasern bestehen wiederum aus pflanzenbasierter Biomasse und dienen als Decklagen der Gesteinsplatten. Verwendet werden Lignin-basierte Carbonfasern, die am DITF technisch optimiert wurden. Den Forschenden zufolge sind nicht nur die Kosten für die Herstellung dieser biobasierten Carbonfasern niedrig, sondern auch die Kohlenstoffausbeuten hoch.

„Wenngleich Carbonfasern in der Herstellung energieintensiver sind als Stahl, wie er in Stahlbeton verwendet wird, so wird doch nur eine geringe Menge für den Einsatz im Baustoff benötigt“, schreiben die Forschenden. Unterm Strich sei die Energie- und CO₂-Bilanz durch die Verwendung von Biomasse und Solarwärme bei der Herstellung der biobasierten Carbonfasern sogar negativ, wodurch CO₂-negatives Bauen von Gebäuden möglich werde, heißt es.

Dämmstoff aus Biokohle als zusätzliche CO₂-Speicherquelle

Die Biokohle kommt wiederum zwischen den Gesteinsplatten als Füllmaterial zum Einsatz, das gleichzeitig als Dämmstoff dient und den Forschenden zufolge zusätzlich eine „dauerhafte CO₂-Speicherquelle“ darstellt.

Das Vorhaben wurde von Juni 2022 bis Dezember 2023 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Fördermaßnahme CDRterra gefördert.

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According to Deutsche Umwelthilfe, the construction sector is responsible for 40 % of total raw material consumption and 12 % of greenhouse gas emissions in Germany. The joint project DACCUS-Pre pursued a promising approach to reducing greenhouse gas emissions in the construction sector. In this project, researchers led by the German Institute of Textile and Fibre Research (DITF) together with the company TechnoCarbon Technologies have developed a building material that not only binds carbon in the long term, but also absorbs more CO₂ than is released during production.

House wall made of sustainable building material also environmentally friendly

The focus was on the development of a composite material consisting of natural stone, plant-based carbon fibres and biochar. The first demonstrator, a house wall element, has already been produced and shows how climate-friendly the new building material is. Compared to a house wall made of reinforced concrete, the carbon footprint of a house wall made of the new building material would be much more positive. The researchers' calculation showed a difference of 157 CO₂ equivalents per square metre of house wall.

Each individual component - natural stone, carbon fibre and biochar - therefore contributes to the negative CO₂ balance of the new wall element. For example, large quantities of stone dust are produced when the two natural stone slabs that form the exposed walls are cut to size. This is very reactive due to its large specific surface area and permanently binds large quantities of climate-damaging carbon dioxide through silicate weathering alone. The natural stone used was a rock from India that is suitable for particularly high loads.

Better energy and CO₂ balance

The carbon fibres used in turn consist of plant-based biomass and serve as cover layers for the stone slabs. Lignin-based carbon fibres are used, which have been technically optimised at the DITF. According to the researchers, not only are the costs of producing these bio-based carbon fibres low, but the carbon yields are also high.

"Although carbon fibres are more energy-intensive to produce than steel, as used in reinforced concrete, only a small amount is required for use in the building material," the researchers write. The bottom line is that the energy and CO₂ balance is in fact negative due to the use of biomass and solar heat in the production of bio-based carbon fibres, which makes CO₂-negative construction of buildings possible, they say.

Insulation material made from biochar as an additional source of CO₂ storage

The biochar is in turn used as a filling material between the rock slabs, which also serves as an insulating material and, according to the researchers, also represents a "permanent CO₂ storage source".
The project was funded by the Federal Ministry of Education and Research from June 2022 to December 2023 as part of the CDRterra funding programme.

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Es gibt viele Pilze und Bakterien, die in Symbiose mit Pflanzenwurzeln leben und sich gegenseitig bereichern. So können Pflanzen nur wachsen, weil sie mithilfe der Mikroorganismen über die Wurzel mit Nährstoffen und Wasser aus dem Boden versorgt werden. Diese vielfältige Gemeinschaft der Mikroorganismen, auch Mikrobiom genannt, schützt die Wirtspflanze gleichfalls vor schädlichen Organismen und ist daher ein Garant für die Pflanzengesundheit.

In einer internationalen Studie unter Leitung der Universität Bonn zeigen Forschende nun, dass nicht nur die Eigenschaften des Bodens, sondern auch das Erbgut der Wirtspflanze Einfluss auf die Zusammensetzung der Mikrobenvielfalt an der Pflanzenwurzel hat. Auch das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) war an der Studie beteiligt, die im Fachjournal „Nature Plants“ veröffentlicht wurde.

Mehr als einhundert Maissorten untersucht

Die Forschenden untersuchten dafür insgesamt 129 Maissorten aus den verschiedensten Regionen der Erde, darunter Sorten, die im kühleren Hochland oder wärmeren Tiefland Südamerikas angebaut wurden und sich den jeweiligen Umweltbedingungen angepasst haben. Diese Sorten ließen die Forschenden dann jeweils sowohl unter normalen Bedingungen als auch unter Phosphor-, Stickstoff- und Wassermangel gedeihen. Hier zeigte sich, dass das Wurzelmikrobiom stark von Stressbedingungen wie Nährstoff- oder Wassermangel abhängt. Aber nicht nur das.

„Die jahrhundertelange Selektion von an das lokale Klima angepassten Maissorten führte dabei zu sehr unterschiedlichen Genotypen, die wir für die Studie nutzen konnten“, sagt Peng Yu, Leiter der Nachwuchsgruppe „Funktionelle Wurzelbiologie“ an der Universität Bonn. Wie das Team berichtet, wurde die DNA von Mikroben aus 3.168 Proben sequenziert. Dafür musste das Erbgut aus der hauchdünnen Schicht der Wurzeln entnommen werden.

Mithilfe von Methoden aus der quantitativen Genetik wurde für die Forschenden sichtbar, wie stark das Erbgut der Maispflanze die Zusammensetzung des Wurzelmikrobioms beeinflusst. „Dabei waren wir überrascht, welch großen Anteil die genetische Komponente an der Ausbildung des Mikrobioms hat“, sagt Yong Jiang, einer der Erstautoren der Studie und Wissenschaftler der IPK-Arbeitsgruppe „Quantitative Genetik“.

Maisgene interagieren mit bestimmten Bakterien

Demnach hatten Nährstoff- und Wassermangel durchaus Einfluss auf die Zusammensetzung des Wurzelmikrobioms. Das Mikrobiom der Maispflanzen war jedoch, trotz gleicher Stressbedingungen, sehr verschieden. „Wir haben nachgewiesen, dass bestimmte Maisgene mit bestimmten Bakterien interagieren“, erklärt Peng Yu. Schließlich konnte das Team anhand von Daten zu den Wuchsbedingungen am Herkunftsort einer bestimmten Maissorte und deren Erbanlagen sogar vorhersagen, welche Schlüsselorganismen im Mikrobiom an der Wurzel vorkommen.

Hier waren es Bakterien der Gattung Massilia, die besonders häufig vorkamen – aber nur, wenn die Pflanze unter Stickstoffmangel litt. Als die Forschenden die Maiswurzeln mit dem Bakterium Massilia impften, bildeten sich vermehrt Seitenwurzeln, wodurch sich Nährstoff- und Wasseraufnahme der Maispflanze deutlich verbesserten. Darüber hinaus fanden die Forschenden heraus, dass die Maiswurzel diese Bakterien mit Flavonen anlockt – einem Pflanzenfarbstoff, der mithilfe der Bakterien die Bildung von Seitenwurzeln stimuliert. „Voraussetzung dafür war aber, dass die Maispflanze über ein Mikrotubuli-bindendes Gen verfügte“, sagt Peng Yu.

Kenntnisse für Pflanzenzüchtung hilfreich

Die Erkenntnisse der Studie zur Rolle des Erbguts einer Pflanze bei der Zusammensetzung des Wurzelmikrobioms könnten nach Ansicht der Forschenden bei der Züchtung von Maispflanzen helfen, die an Dürre und Nährstoffmangel besser angepasst sind. „Sie können als Grundlage für die Untersuchung weiterer agrarökologischer Fragestellungen und für die Entwicklung neuer, besser an den Klimawandel angepasster Maissorten anhand der Genom- und Mikrobiomdaten dienen“, sagt Yong Jiang.

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There are many fungi and bacteria that live in symbiosis with plant roots and enrich each other. Plants can only grow because they are supplied with nutrients and water from the soil via the roots with the help of microorganisms. This diverse community of microorganisms, also known as the microbiome, also protects the host plant from harmful organisms and is therefore a guarantee for plant health.

In an international study led by the University of Bonn, researchers have now shown that not only the properties of the soil, but also the genetic make-up of the host plant has an influence on the composition of microbial diversity at the plant root. The Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK) was also involved in the study, which was published in the scientific journal "Nature Plants".

More than a hundred maize varieties analysed

The researchers analysed a total of 129 maize varieties from different regions of the world, including varieties that were grown in the cooler highlands or warmer lowlands of South America and have adapted to the respective environmental conditions. The researchers then allowed these varieties to thrive under normal conditions as well as under phosphorus, nitrogen and water deficiency. This showed that the root microbiome is strongly dependent on stress conditions such as nutrient or water deficiency. But not only that.

"The centuries-long selection of maize varieties adapted to the local climate led to very different genotypes, which we were able to use for the study," says Peng Yu, head of the junior research group "Functional Root Biology" at the University of Bonn. As the team reports, the DNA of microbes from 3,168 samples was sequenced. To do this, the genetic material had to be extracted from the wafer-thin layer of the roots.

Using methods from quantitative genetics, the researchers were able to see how strongly the genetic material of the maize plant influences the composition of the root microbiome. "We were surprised by the large proportion of the genetic component in the formation of the microbiome," says Yong Jiang, one of the first authors of the study and a scientist in the IPK's Quantitative Genetics working group.

Maize genes interact with certain bacteria

Accordingly, nutrient and water deficiency certainly had an influence on the composition of the root microbiome. However, the microbiome of the maize plants was very different, despite the same stress conditions. "We have shown that certain maize genes interact with certain bacteria," explains Peng Yu. Finally, the team was even able to predict which key organisms were present in the microbiome at the root of a particular maize variety based on data on the growing conditions at its place of origin and its genetic make-up.

In this case, bacteria of the genus Massilia were particularly abundant - but only when the plant suffered from nitrogen deficiency. When the researchers inoculated the maize roots with the Massilia bacterium, more lateral roots formed, which significantly improved the maize plant's nutrient and water uptake. The researchers also discovered that the maize root attracts these bacteria with flavones - a plant pigment that stimulates the formation of lateral roots with the help of the bacteria. "The prerequisite for this, however, was that the maize plant had a microtubule-binding gene," says Peng Yu.

Knowledge helpful for plant breeding

According to the researchers, the findings of the study on the role of a plant's genetic material in the composition of the root microbiome could help in the breeding of maize plants that are better adapted to drought and nutrient deficiency. "They can serve as a basis for investigating further agroecological issues and for developing new maize varieties that are better adapted to climate change based on the genome and microbiome data," says Yong Jiang.

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Im menschlichen Darm siedeln zahlreiche Mikroorganismen, die für die Gesundheit wichtig sind. Ähnlich wie die sogenannte Darmflora für den Menschen sorgen Mikroorganismen an den Pflanzenwurzeln dafür, dass der Pflanze Nährstoffe und Wasser zur Verfügung stehen und sie vor Krankheitserregern geschützt sind.

Ein Forschungsteam der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln hat nun die dreidimensionale Struktur von Pflanzenwurzeln genauer untersucht. Die Forschenden wollten klären, ob auch die Mikroflora an den Pflanzenwurzeln – ähnlich wie die Darmflora – in verschiedene Abschnitte unterteilt ist, wie sich die Mikrobengemeinschaft zusammensetzt und wie dies die Stoffwechselaktivitäten beeinflusst.

Räumlichen Unterschiede der Wurzelmikroflora aufdecken

Die räumlichen Unterschiede der Wurzelmikroflora wurden anhand der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) untersucht. Dabei kam ein sogenannter Multi-omics-Ansatz zum Einsatz, bei dem verschiedene Analysemethoden genutzt wurden:  die „Transkriptomik“ zur Analyse aller in einer Zelle abgelesenen RNA-Moleküle, die „Metabolomik“ zur Untersuchung des Stoffwechselnetzwerks sowie Methoden der Synthetischen Biologie und der Bioinformatik.

Parallel dazu entwickelten die Forschenden zwei experimentelle Anzuchtsysteme, mit denen sie die Wurzelmikrobiota von Arabidopsis analysierten: CD-Hüllen-Rhizotrone und ArtSoil-Wachstumsmedien.

SWEET-Zuckertransporter identifiziert

Wie das Team in der Fachzeitschrift „Cell Host & Microbe“ berichtet, konnte es mithilfe dieser beiden Systeme „eine räumliche Differenzierung der Mikroflora entlang der Längsachse der Wurzel organisierter Mikrobiota“ sowie eine entsprechende Differenzierung pflanzlicher Metabolite und der Stoffwechselaktivitäten nachweisen. „Mithilfe von bioinformatischen und genetischen Methoden identifizierten wir drei sogenannte SWEET-Zuckertransporter, die zur Verteilung von Zucker und anderen Stoffwechselprodukten entlang der Wurzel beitragen. Diese Transportmoleküle sind für die räumliche Besiedlung durch Wurzelbakterien erforderlich“, so die Hauptautorin der Studie, Eliza Loo vom Institut für Molekulare Physiologie der HHU.

Beitrag zum verbesserten Pflanzenschutz

Der Blick in die dreidimensionale Struktur der Pflanzenwurzeln machte es möglich, das komplexe Netzwerk zwischen Mikroben und der Modellpflanze hinsichtlich ihres Stoffwechsels zu entschlüsseln. „Die Erkenntnisse können dazu beitragen, die mikrobiellen Gemeinschaften zu optimieren und damit einen verbesserten Schutz der Pflanzen vor Krankheitserregern und so eine bessere Pflanzengesundheit zu erreichen“, sagt Paloma Durán vom MPIPZ und die zweite Hauptautorin der Studie.

Als Nächstes sollen die Studien auf wichtige Nahrungspflanzen wie Gerste ausgeweitet werden. „Um die räumliche Besiedlung des Wirts-Mikrobioms zu verstehen, wird noch eine wesentlich detaillierte Analyse der 3D-Biogeographie sowohl der Pflanze als auch der mikrobiellen Spezies notwendig sein. Unsere nun veröffentlichte Publikation legt die Basis für derartige Arbeiten“, sagt Wolf Frommer, Leiter des HHU-Instituts für Molekulare Physiologie und Korrespondenzautor.

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