13.06.2017

ERC-Projekt: Wettbewerb im Wurzelraum

Mit Chemie aus den Wurzeln gelingt es manchen Pflanzen, einige ihrer grünen Konkurrenten auf Distanz zu halten. ÖAW-Forscher Claude Becker geht den zugrundeliegenden Mechanismen für diesen Wettbewerbsvorteil nach: in den beteiligten Pflanzen wie auch im durchwurzelten Boden. Nun wurde sein Forschungsprojekt mit einem ERC Starting Grant ausgezeichnet.

Licht, Wasser und Nährstoffe. Diese Ressourcen können sich manche Pflanzen effektiver als andere erschließen, weil sie Konkurrenten auf Distanz halten. Dass ihnen das mittels chemischer Verbindungen aus den Wurzeln gelingt, ist bereits seit Längerem ist bekannt. Was dabei aber konkret vor sich geht, konnte bislang nicht geklärt werden. Nicht zuletzt deshalb, weil es methodisch äußerst anspruchsvoll ist, die Zusammenhänge in den beteiligten Pflanzen, die sich ihrerseits mikrobielle Aktivitäten im Boden zunutze machen, simultan zu erfassen.

Claude Becker, Gruppenleiter am GMI – Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), stellt sich nun diesem komplexen Zusammenspiel, das mit dem Fachbegriff „Allelophathie“ bezeichnet wird. Sein Projekt wurde vor kurzem vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council – ERC) mit einem Starting Grant ausgezeichnet. Becker und seinem Team stehen damit in den nächsten fünf Jahren insgesamt 1,5 Millionen Euro zur Verfügung, die zur Erforschung der Interaktionen zwischen konkurrierenden Pflanzen, Boden und Mikroorganismen einsetzt werden.

Mit Wurzelchemikalien punkten

„Wir wollen die molekularen Pfade identifizieren, entlang derer der Wettbewerb zwischen Pflanzen abläuft“, so Claude Becker. „Wir erhoffen uns zweierlei: herauszufinden, wie Pflanzen mit dem Einsatz von Wurzelchemikalien punkten können, aber auch eine Erklärung dafür zu finden, warum diese Strategie nicht immer wirkt. Dafür müssen wir eine breite Methodenpalette einsetzen, um schließlich Ergebnisse aus Genetik, Genomik, Stoffwechsel und Ökologie in der Zusammenschau interpretieren zu können“, umreißt der ÖAW-Forscher die Arbeit seines Teams.

Wir wollen die molekularen Pfade identifizieren, entlang derer der Wettbewerb zwischen Pflanzen abläuft.

Konkret gilt es, die molekularen Ziele von pflanzlichen Phytotoxinen aufzudecken. Des Weiteren müssen die Biolog/innen der ÖAW die genetischen Komponenten identifizieren, die ausschlaggebend für die Toleranz gegenüber solchen Substanzen sind. Und schließlich werden auch noch die mikrobiellen Gemeinschaften, die mit Pflanzen im Boden vergesellschaftet sind, unter die Lupe genommen. Die Stoffwechselaktivität der Mikroben kann nämlich die von den Wurzeln abgesonderten Chemikalien verändern. Und auch in dieser Hinsicht harren die kausalen Zusammenhänge noch der Aufklärung. Es gibt Pflanzenkombinationen, bei denen die mikrobielle Aktivität die Phytotoxine effizienter macht, aber auch solche, bei denen sie die Widerstandskraft der Zielpflanze fördert.

Ökologisch verantwortungsvolle Unkrautkontrolle

„Unsere Arbeiten werden nicht nur das grundlegende Verständnis von Allelophathie verbessern“, ist Claude Becker überzeugt. „Sie werden auch dazu beitragen, das komplexe Zusammenspiel zwischen Nutzpflanzen, Unkräutern und der mikrobieller Bodenaktivität besser zu verstehen“. Weizen, Roggen und Mais sind beispielsweise in der Lage, Phytotoxine zu produzieren. Umgekehrt leiden andere landwirtschaftliche Kulturpflanzen unter den chemischen Attacken ihrer Nachbarpflanzen, was schließlich den Ertrag schmälert.

Unsere Arbeiten werden auch dazu beitragen, das komplexe Zusammenspiel zwischen Nutzpflanzen, Unkräutern und der mikrobieller Bodenaktivität besser zu verstehen.

Darum hoffen Becker und seine Kolleg/innen, dass ihre Erkenntnisse letztlich auch der nachhaltigeren Produktion von Nahrungsmitteln dienen: indem sie eine neue Basis für eine effiziente und ökologisch verantwortungsvolle Unkrautkontrolle legen, Fruchtwechselstrategien verbessern, und es ermöglichen, widerstandsfähigere Nutzpflanzen zu entwickeln.