Das Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme und das Institut für Pflanzengenetik sind am europäischen Kooperationsprojekt „RootsPlus“ beteiligt: Forschende aus Einrichtungen in Belgien, Rumänien, Polen und Deutschland befassen sich mit der Aufgabe, einheimische Kulturpflanzen trockentoleranter zu machen.
Der Klimawandel führt zu enormen Herausforderungen für den Anbau von Pflanzen, bis hin zu Ernte- und Qualitätsverlusten. Bei anhaltender Trockenheit können Kulturpflanzen nicht ausreichend Wasser und Nährstoffe aufnehmen, verlieren aber durch Transpiration Wasser über ihre oberirdischen Organe. Die Folge ist Trockenstress, der sich in den vergangenen Jahren in vielen Regionen Europas gezeigt hat. Dieser führt zu vermindertem Wachstum und sogar zu Wachstumsstillstand oder einer Welke, von der sich die Pflanze nicht erholt. „Es ist daher eine wichtige Aufgabe der Pflanzenwissenschaft, Lösungen zu finden, mit denen Pflanzen besser gegen Trockenstress gewappnet sind“, sagt Prof. Dr. Traud Winkelmann vom Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme.
Der Ansatz von RootsPlus ist dabei, das Bodenbakterium Rhizobium rhizogenes zu nutzen. Bringt man einen Teil einer Pflanze, zum Beispiel ein Blatt, in einer Petrischale mit dem Bakterium zusammen, wird dieses einen Teil seiner DNA auf die DNA der Pflanze übertragen. Unter dem Einfluss dieser sogenannten T-DNA bildet das Pflanzengewebe eine neue Art von Wurzeln mit auffallend vielen Wurzelhaaren. Aus diesen sogenannten „hairy roots“ können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neue Pflanzen gewinnen, die viel stärker verzweigte und dichte Wurzelsysteme bilden können. Mit einem solchen stark verzweigten System von Feinwurzeln in den oberen Bodenschichten können Pflanzen nach kurzen Regenfällen effizient und zügig Wasser aufnehmen.
Die Verwendung der Bodenbakterien vereinfacht die Züchtung von dichten Wurzelsystemen nicht nur. Eine auf diese Weise gezüchtete Pflanze fällt außerdem nicht unter die Regulierungen gentechnisch veränderter Pflanzen. „Abhängig von der Pflanzenart wird es 5-10 Jahre dauern, bis auf diesem Weg Pflanzen gewonnen und in der kommerziellen Pflanzenzüchtung genutzt werden können, die mit dem sich wandelnden Klima besser zurechtkommen“, schätzt Professorin Winkelmann.
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 Apfel oder Rose auf einem Feld angebaut werden, auf dem vorher schon diese Pflanzenarten wuchsen, treten starke Wachstumsdepressionen und ein geschwächtes Wurzelsystem auf. Die Ursachen dieses Phänomens sind noch nicht vollständig verstanden, man ist aber sicher, dass die Gemeinschaften der Lebewesen im Boden sich stark ändern und die physiologischen und morphologischen Symptome hervorrufen. Professorin Winkelmann: „Unsere Hoffnung ist nun, dass das dichtere Wurzelsystem, das auf die Gene der Bakterien zurückgeht, helfen kann, dieses schwerwiegende Problem in Baumschulen und Obstanlagen zu überwinden“.
Das RootsPlus Projekt 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. Europäische Kooperationspartner sind das ILVO (Flanders Research Institute for Agriculture, Fisheries and Food) aus Belgien, die University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine in Cluj-Napoca, Rumänien und die Nicolaus Copernicus Universität in Torun, Polen.
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