Manche Maispflanzen halten sich ihre eigenen Nutztiere – so könnte man etwas flapsig umschreiben, was eine Kooperation mehrerer deutscher Forschungsgruppen mit Teams aus Belgien und China zutage gefördert hat. Demnach sondern bestimmte Maispflanzen über ihre Wurzeln organische Verbindungen ab und begünstigen so in ihrem Wurzelraum die Vermehrung von Bakterienstämmen, von denen sie selbst profitieren.

Ein Enzym macht den Unterschied

Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und der Mikrobiota in ihrem Wurzelraum sind nicht neu, doch viele von ihnen sind bislang unverstanden. Im Fachjournal „Nature Plants“ stellen Forschende nun ein weiteres, für die Pflanzenzüchtungsforschung womöglich wichtiges Beispiel vor. Den Fachleuten war aufgefallen, dass eine bestimmte Maislinie unter vergleichbaren Bedingungen ertragreicher war als andere Zuchtlinien. Die Suche nach Unterschieden im Stoffwechsel lenkte den Blick der Forschungsgruppen auf das Enzym Flavon-Synthase 2.

Mehr Seitenwurzeln für mehr Stickstoff

„Die von uns untersuchte Hochleistungs-Zuchtlinie 787 enthält in ihrer Wurzel große Mengen dieses Enzyms“, erklärt Peng Yu von der Universität Bonn. „Sie stellt damit bestimmte Moleküle aus der Gruppe der Flavonoide her und entlässt sie in den Boden.“ Diese Moleküle führen offensichtlich dazu, dass sich Bakterien der Familie Oxalobacteraceae rund um die Maiswurzeln besonders erfolgreich vermehren. Zugleich fiel den Forschenden auf, dass diese Maislinie ungewöhnlich viele Seitenwurzeln bildet, was eine bessere Stickstoffversorgung ermöglicht und so das stärkere Wachstum erklärt.

Oxalobacteraceae aktivieren das Seitenwurzelwachstum

Den genauen Zusammenhang zwischen den Oxalobacteraceae und dem Wachstum der Seitenwurzeln konnten die Fachleute noch nicht aufklären, wohl aber demonstrieren, dass er besteht: Pflanzten sie eine Linie mit mickrigem Wachstum namens LH93 dorthin, wo zuvor die Linie 787 gewachsen war, wuchs auch LH93 deutlich besser. Sterilisierten die Forschenden den Boden vor dem Einpflanzen von LH93, blieb dieser Effekt aus. Somit muss die Ursache in der mikrobiellen Bodengemeinschaft liegen. Besonders erstaunlich war das Ergebnis eines zweiten Experiments. Hierbei wurde eine Maislinie gentechnisch so verändert, dass sie keine Seitenwurzeln bildet. Wurde der Boden der Pflanzen mit Bakterien der Familie Oxalobacteraceae angereichert, verzweigten sich die Wurzeln dennoch.

Stickstoffdünger ist in der Herstellung energieintensiv. Außerdem gelangt von der Pflanze nicht aufgenommener Stickstoff in Oberflächen- und Grundwässer und sorgt dort für ökologische Probleme. Nicht zuletzt gelangt Stickstoff aus dem Boden in Form von Stickoxiden und Ammoniak in die Atmosphäre und verstärkt so den Treibhauseffekt. „Wenn wir Nutzpflanzen daraufhin züchten, dass sie ihre Stickstoffversorgung durch die Mithilfe von Bakterien erhöhen, könnte das die Umweltbelastung deutlich reduzieren“, hofft Yu.

An der Studie beteiligt waren auf deutscher Seite das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben, das Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln sowie Arbeitsgruppen der Universitäten Bonn, Göttingen, Kiel und Köln.

bl