Für die überlebenswichtige Photosynthese benötigen Pflanzen Chlorophyll – je mehr von dem grünen Farbstoff vorhanden ist, desto besser funktioniert auch die Sauerstoffherstellung. Um Chlorophyll zu bilden, benötigen die Pflanzen allerdings Eisen, das häufig nur in schwerlöslicher Form im Boden vorliegt. Pflanzenforscher um Christian Hertweck vom Jenaer Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut (HKI) fanden im Genom des Bakteriums Paraburkholderia graminis nun Hinweise auf ein neuartiges Eisenaufnahmesystem.

Gramibactin bindet Eisen auf neue Weise

Wie die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature Chemical Biology“ berichten, handelt es sich dabei um ein neues Siderophor, einen Eisenträger. Dieses Molekül wird von Bakterien gebildet, die im Wurzelbereich von Mais und Weizen leben. Da diese Erzeugerbakterien vor allem mit den Wurzeln von Süßgräsern – den Gramineen – vergesellschaftet sind, haben die Forscher es Gramibactin genannt. Es bindet das schwerlösliche Eisen aus der Umgebung und bringt es in den bakteriellen Stoffwechsel ein. Dadurch können Nutzpflanzen mehr Eisen aufnehmen und infolgedessen auch mehr Chlorophyll bilden. Das Überraschende: Gramibactin bindet Eisen auf eine bisher unbekannte Art. „Es ist immer wieder faszinierend zu sehen, wie vielfältig chemische Probleme in der Natur gelöst werden“, sagt Hertweck. „Wir hoffen, dass unsere Erkenntnisse einen Beitrag dazu leisten, die Fitness und Gesundheit dieser wichtigen Kulturpflanzen auf natürlichem Weg zu steigern.“

Die Forscher fanden heraus, dass das ringförmige Molekül zur Substanzfamilie der Lipodepsipeptide gehört. Die Untersuchungen ergaben auch, dass Gramibactin die Eisen(III)-Ionen mit einer sehr hohen Bindekraft fixiert. Als Bindungspartner dienen zwei ungewöhnliche N-Nitrosohydroxylamin-Gruppierungen, die aus der Ringstruktur herausragen und bislang noch nicht in natürlichen Eisentransportern beobachtet wurden. Somit ist Gramibactin der erste Vertreter einer neuen Klasse von Siderophoren.

Bis zu 50% mehr Chlorophyll durch Gramibactin

Die Jenaer Forscher konnten beweisen, dass Pflanzen von der Eisenbindung durch Gramibactin deutlich profitieren. Maßgebend hierfür war die Bildung von Chlorophyll. Das Ergebnis: Die Maispflanzen bildeten bis zu 50% mehr Chlorophyll, wenn die Nährlösung den Gramibactin-Eisen-Komplex enthielt.

Mehr Chlorophyll und mehr Photosynthese bedeuten auch besseres Wachstum und höhere Erträge der Pflanzen. Die deutliche Zunahme an Chlorophyll durch die Eisenbereitstellung der Gramibactin-Bakterien verdeutlicht, wie wichtig ein ausbalanciertes und natürliches Wurzelmikrobiom für Pflanzenwachstum und hohe Erträge ist.  

jmr