Wissenschaftler entdecken „Geruchssinn“ bei Pflanzenwurzeln zur Vermeidung von Verrottung
Chinesische Wissenschaftler haben ein neues Wurzelverhalten bei Pflanzen entdeckt, das als „Saprotrofismus“ bezeichnet wird und es ihnen ermöglicht, verrottendes organisches Material im Boden wahrzunehmen und zu meiden.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Zhang Yuzhou an der Northwest A&F University hat ein neuartiges Wurzelverhalten identifiziert und definiert, das als „Saprotrofismus“ bezeichnet wird. Dieses Verhalten ermöglicht es Pflanzen, Bereiche im Boden, die reich an Krankheitserregern aus sich zersetzenden Pflanzenstoffen sind, aktiv wahrzunehmen und zu meiden. Die in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Entdeckung beantwortet eine langjährige wissenschaftliche Frage, wie stationäre Pflanzen auf bodenbürtige Bedrohungen reagieren.
Die Zersetzung in Ökosystemen ist entscheidend für den Nährstoffkreislauf, aber verrottendes Material beherbergt auch Mikroben, die lebende Pflanzen schädigen können. Während Tiere sich physisch von Gefahren entfernen können, waren die Mechanismen, mit denen Pflanzen mit solcher Nähe umgehen, unklar. Die Forschung zeigte, dass bei Kontakt von Pflanzenwurzeln mit verrottendem organischem Material ihr Wachstum schnell gehemmt wird. Diese Abwehrreaktion wurde bei verschiedenen Pflanzenarten beobachtet, darunter Arabidopsis, Raps, Tomate und Weizen, was darauf hindeutet, dass es sich um eine weit verbreitete Überlebensstrategie handelt.
Die Studie ergab, dass der „Geruchssinn“ durch saure Metaboliten wie organische und phenolische Säuren ausgelöst wird, die von Pilzen freigesetzt werden, welche Pflanzenmaterial zersetzen. Diese Verbindungen erzeugen eine lokal saure Mikroumgebung im Boden, die als gerichtetes Signal dient. Die Pflanzenwurzeln erkennen diese Azidität über ein spezifisches Rezeptormodul auf ihren Epidermiszellen. Dieses Signal wird dann in eine asymmetrische Verteilung von Abscisinsäure (ABA), einem Pflanzenhormon, umgewandelt, was das Wurzelwachstum von der Verrottungsquelle weg lenkt. Bemerkenswerterweise funktioniert dieser Mechanismus unabhängig von etablierten, auf Auxin basierenden Wachstumsregulationswegen.
Ein interessanter Aspekt der Entdeckung ist die Spezifität der Reaktion: Wurzeln zeigen Saprotrofismus nur gegenüber verrotendem Pflanzenmaterial, nicht gegenüber verrotendem Tiermaterial. Dies deutet darauf hin, dass tierische Zersetzungsprodukte keine Bedrohung für Pflanzenwurzeln darstellen. Die Ergebnisse könnten zu Fortschritten in der Präzisionslandwirtschaft führen, wie z. B. die Optimierung der Einarbeitung von Stroh in Felder und die Entwicklung von Nutzpflanzen mit verbesserter Resistenz gegen Wurzelschäden durch unsachgemäß kompostiertes organisches Material.