Phosphor ist ein essenzieller Nährstoff für Pflanzen. Allerdings ist er in vielen Böden nicht in ausreichenden Mengen vorhanden, sodass er entweder über Dünger zugefügt werden muss oder die Pflanzen nicht optimal wachsen können. Umso bedeutsamer sind die neuen Erkenntnisse von Forschern der Universität Köln: Sie haben einen bisher unbekannten Pilz entdeckt, der Pflanzen mit dem wichtigen Mineralstoff Phosphor versorgt. Vor allem im Hinblick auf begrenzte Bodenressourcen könnte diese Symbiose künftig eine enorme Hilfe für die Landwirtschaft sein. Die Forscher haben ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift „PNAS“ veröffentlicht.

Bisher unbekannter Pilz versorgt Phosphor

„Die Ergebnisse der Arbeit sind wichtig für das Verständnis der Kooperation von Pflanzen mit den Kleinstlebewesen, die zu Abertausenden ihre Wurzeln besiedeln“, sagt Marcel Bucher vom Exzellenzcluster CEPLAS (Cluster of Excellence on Plant Science). Diese Kleinstlebewesen, die in großer Zahl Pflanzen besiedeln, werden zusammengefasst auch Mikrobiom genannt. Zu diesem gehören auch die Pilze aus dem Boden. Wie die Forschergruppe unter der Leitung von Bucher nun herausgefunden hat, versorgt ein bisher unbekannter Pilz aus dem Mikrobiom in der Wurzel von Arabis alpina (Alpen-Gänsekresse) seine Wirtspflanze bei nährstoffarmen Böden mit Phosphor und fördert so ihr Wachstum. Mit ihren Ergebnissen haben die Forscher das Rätsel der Alpen-Gänsekresse gelüftet, wie diese sogar auf phosphorarmen Böden gut gedeihen kann. Tatsächlich bilden die meisten Landpflanzen mit bestimmten Bodenpilzen eine sogenannte Mykorrhiza-Symbiose, die für die Pflanze äußerst förderlich ist. Allerdings gibt es diese Art der Symbiose bei Arabis alpina nicht.

Pflanzen filtern Kleinstlebewesen im Boden

Nachdem der besondere Mikrobiom-Pilz identifiziert war, stellte sich für die Forscher die Frage, ob auch andere die Pflanze auch von anderen Pilzen profitieren würde. Dazu wurde in einem ersten Schritt das Mikrobiom der Wurzel untersucht und ein kurzer, für Pilze typischer Genomabschnitt sequenziert. Dadurch konnten Rückschlüsse auf die Identität und die Funktionen der Pilze im Mikrobiom gezogen werden. Anschließend analysierten die Wissenschaftler die biologische Vielfalt und evolutionären Verwandtschaftsbeziehungen zwischen den Pilzarten. Das Ergebnis: Die Diversität der Pilze ist im unbepflanzten Boden am höchsten und im Wurzelinnern am niedrigsten. „Dies deutet darauf hin, dass Pflanzen als Filter für Kleinstlebewesen im Boden wirken können und die Fähigkeit besitzen, bestimmte Pilzkonsortien auszuwählen“, so Bucher. Mit anderen Worten, diese Symbiose funktioniert nur mit diesem speziellen Pilz.

Helotiales-Pilz verbessert Wachstum auf phosphorarmen Böden

Parallel dazu wurden zahlreiche Pilze aus der Arabiswurzel im Labor in kultiviert. „Wir konnten eine bisher unbekannte Pilzart aus der Ordnung der Helotiales detailliert untersuchen, die unter den rauen Bedingungen in den französischen Alpen sehr häufig auftritt und folglich wohl eine wichtige Funktion für das Überleben der Pflanze ausübt“, sagt Bucher. Dieser Helotiales-Pilz lebt im Inneren der Wurzel, wächst dabei in einzelne Wurzelzellen hinein und verbindet das Wurzelinnere über Pilzfäden mit dem Wurzelraum außerhalb der Wurzel. Auf phosphorarmen Böden wachsen Pflanzen mit diesem Pilz in ihrem Mikrobiom deutlich besser, und die Forscher konnten ein erhöhte Phosphoraufnahme der Pflanze feststellen.

jmr