Europäische Forschung zur Klimaanpassung

Bodenbakterium hilft Pflanzen, Trockenheit besser zu ertragen

Pflanzengewebe, hier Blätter, in In-vitro-Kultur nach Behandlung mit Rhizobium rhizogenes. Das Gewebe bildet sogenannte "hairy roots" unter dem Einfluss der Gene, die das Bakterium mit der T-DNA übertragen hat. Foto: Philipp Rüter

Links: Wurzelballen einer Kontrollpflanze, rechts: Wurzelballen einer modifizierten Pflanze mit größerer Wurzelmasse. Foto: ILVO, Belgien

Ist es möglich, Pflanzen toleranter gegenüber Trockenheit zu machen, indem man ihre Gewebe mit spezifischen Bodenbakterien in Kontakt bringt? Einen wichtigen Beitrag dazu könnte das Bodenbakterium Rhizobium rhizogenes, das in der Natur verbreitet ist, leisten. Das haben Forscher des europäischen Kooperationsprojekts "RootsPlus" herausgefunden. Daran beteiligt sind auch Wissenschaftler der Institute für Gartenbauliche Produktionssysteme und Pflanzengenetik der Universität Hannover.

Bakterium löst Bildung von "hairy roots" aus

Wenn man ein Pflanzenteil, zum Beispiel ein Blatt, in einer Petrischale mit dem Bakterium rhizogenes zusammenbringt, überträgt das Bakterium einen Teil seiner DNA, die sogenannte T-DNA, auf die DNA der Pflanze, genau wie es in der Natur im Boden auch passiert. Unter dem Einfluss dieser T-DNA bildet das Pflanzengewebe eine neue Art von Wurzeln mit auffallend vielen Wurzelhaaren, die sogenannten "hairy roots". Aus diesen "hairy roots" gewannen die Forscher neue Pflanzen, die viel stärker verzweigte und dichte Wurzelsysteme bildeten.

Das stark verzweigte System von Feinwurzeln vermag es, in den oberen Bodenschichten Wasser effizient und zügig nach kurzen Regenfällen aufzunehmen. "Mit klassischer Pflanzenzüchtung wäre es schwierig, zeitaufwändig und in einigen Fällen sogar unmöglich, diese dichten Wurzelsysteme zu erreichen", sagt Prof. Dr. Traud Winkelmann vom Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme der Uni Hannover. "'Hairy roots' kann man nur auf dem Weg dieser Züchtung mit Bakterien erreichen und dies, ohne unter die Regulierungen gentechnisch veränderter Pflanzen zu fallen, weil hier natürlich vorkommende Bakterien genutzt werden." So könne gegebenenfalls die Züchtung auf Trockentoleranz beschleunigt oder sogar erst ermöglicht werden, erläutert sie.

Marktreife Methoden erst in fünf bis zehn Jahren

Dennoch wird es einige Zeit dauern, bis Pflanzen auf dem Markt zu finden sein werden, deren Trockentoleranz auf den "hairy roots" basiert. Das Projektteam geht, abhängig von der Pflanzenart, von fünf bis zehn Jahren aus, bis ihre Ergebnisse in der kommerziellen Pflanzenzüchtung genutzt werden können. Im Projekt "RootsPlus" werden Chrysanthemen untersucht als Vertreter für krautige Zierpflanzen, Rosen und Apfelbäume als Gehölze und Sonnenblumen als landwirtschaftliche Kultur. Für Apfelbäume und Rosen stellt RootsPlus eine weitere Forschungsfrage: Können die Züchtung mit Bakterien und die dadurch veränderten Wurzelsysteme auch die Widerstandsfähigkeit dieser Gehölze gegenüber der Nachbaukrankheit, auch Bodenmüdigkeit genannt, erhöhen? Wenn Apfelbäume oder Rosen auf einem Feld angebaut werden, auf dem vorher schon diese Pflanzenarten gewachsen sind, treten Wachstumsdepressionen und ein geschwächtes Wurzelsystem auf. "Unsere Hoffnung ist, dass das dichtere Wurzelsystem, das auf die Gene der Bakterien zurückgeht, helfen kann, dieses schwerwiegende Problem in Baumschulen und Obstanlagen zu überwinden", sagt Winkelmann.

Prof. Dr. Traud Winkelmann (l.) vom Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme der Universität Hannover und ihr Doktorand Philipp Rüter (r.), der das Projekt bearbeitet. Fotos: Privat


EU unterstützt die Forscher mit 1,3 Millionen Euro

Das Projekt RootsPlus hat am 1. April 2021 seine Arbeit aufgenommen, läuft drei Jahre und ist eine europäische Kooperation zwischen Belgien (ILVO: Flanders Research Institute for Agriculture, Fisheries and Food, Projektkoordination), Rumänien (University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Cluj-Napoca), Polen (Nicolaus Copernicus University Torun) und Deutschland (Leibniz Universität Hannover). Es wird aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union mit 1,3 Millionen Euro gefördert. In Deutschland unterstützt die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) das Projekt mit 236 000 Euro. Das ILVO kooperiert darüber hinaus mit zwei Gartenbauunternehmen in Belgien. cm/Universität Hannover

Dieser Artikel erschien in der Ausgabe NEUE LANDSCHAFT 12/2021 .

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