Das Rhizosphären-Mikrobiom kann die Wurzelexsudation systemisch formen und kontrollieren

Wurzeln sind Pflanzenorgane, die typischerweise Wasser und Mineralien aus dem Boden aufnehmen. Weniger bekannt ist, dass Wurzeln auch Stoffwechselprodukte absondern, sogenannte Wurzelexsudate, die die Eigenschaften des Bodens direkt um die Wurzel herum beeinflussen. Diese dünne Bodenschicht wird Rhizosphäre genannt und beherbergt eine reiche mikrobielle Vielfalt. die Wurzelmikrobiota. Durch die Produktion bestimmter Exsudate, Pflanzen kommunizieren mit und steuern das mikrobielle Leben in ihrer Rhizosphäre zu ihrem eigenen Vorteil. Jetzt, Forscher haben herausgefunden, dass dies kein einseitiger Prozess ist. Bei der Untersuchung von Tomatenpflanzen, Sie fanden heraus, dass die Mikrobiota auch die Wurzelexsudation systemisch formen und kontrollieren kann.

Wenn man an ökologische Hotspots denkt, Wurzeln und die sie umgebende Erde kommen einem vielleicht nicht sofort in den Sinn. Jedoch, genau diese Region, die Rhizosphäre, gilt als eines der komplexesten Ökosysteme der Erde. Es beherbergt eine vielfältige mikrobiotische Gemeinschaft, darunter zahlreiche Bakterien, Pilze und Archaeen, gedeihen in einer Umgebung, die reich an biochemischen Verbindungen ist, die von Pflanzenwurzeln im Kern der Rhizosphäre ausgeschieden werden.

Pflanzen steuern die Mikrobiota der Rhizosphäre und formen die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Bodens durch ihre Wurzelausscheidungen. Zur selben Zeit, Es ist bekannt, dass Wurzeln Veränderungen in der Rhizosphäre wahrnehmen und systemische Reaktionen auslösen, um Krankheitserreger abzuwehren oder sich an Veränderungen der Nährstoffverfügbarkeit anzupassen. Dennoch, es gibt noch viele offene Fragen zur Dynamik und Wirkung der Mikrobiota auf die Wurzel selbst, und es war nicht klar, wie oder ob überhaupt, die Rhizosphärenmikrobiota beeinflusst die Wurzelexsudation. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Elisa Korenblum, ein Wissenschaftler des Weizmann Institute of Science in Israel in Zusammenarbeit mit Dr. Jedrzej Szymanski vom Leibniz-Institut IPK in Gatersleben, hat sich kürzlich dieser Frage bei der Untersuchung von Wurzeln von Tomatenpflanzen gestellt.

Dr. Korenblum und ihr Team führten und analysierten eine Reihe von Split-Root-Experimenten, wo die Hälfte der Wurzeln jeder Pflanze einem mikrobiomreichen Boden ausgesetzt war, und die andere Hälfte wurde unter sterilen und biochemischen Umgebungsbedingungen gezüchtet. Dadurch konnten sie die Wirkung verschiedener mikrobieller Gemeinschaften auf das lokale Wurzelsystem untersuchen, sowie die systemischen Veränderungen in den entfernten Wurzeln in Erwartung des Vorkommens neuer Mikroorganismen. Dr. Szymanski, Leiter der Gruppe Netzanalyse und Modellierung, verfolgten das komplexe Netzwerk biochemischer und Genexpressionssignale, die diese Mikrobiom-Wurzel-Kommunikation und ihre Ausbreitung vom Ursprungsort zu entfernten Wurzeln steuern. Dabei entdeckten sie, dass das Tomaten-Rhizosphären-Mikrobiom über einen systemischen Wurzel-zu-Wurzel-Signalmechanismus die chemische Zusammensetzung von Wurzeln und Wurzelexsudaten direkt beeinflussen kann. Zum Beispiel, Bakterien der Gattung Bacillus nutzen dieses Verfahren, die die Wissenschaftler als systemisch induzierte Wurzelexsudation von Metaboliten (SIREM) bezeichneten, um die Sekretion von Acylzuckern im gesamten Wurzelsystem auszulösen.

Die Entdeckung von SIREM ist ein erster Schritt zur Entwirrung des regulatorischen Netzwerks, das die komplexe Beziehung zwischen Pflanzenwurzel und Mikroben umfasst. Es ist wahrscheinlich, dass der SIREM-Prozess ein Schlüsselmerkmal der Wurzel-Mikrobiota-Interaktionen innerhalb der Rhizosphäre ist. und dass die durch das Mikrobiom reprogrammierte systemische Wurzelexsudation die Bodenkonditionierung fördert. Das genaue Ausmaß der regulatorischen Rolle und Inzidenz von SIREM muss noch bestimmt werden.

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