Funktionelle Wurzelökologie - Pflanzenfitness und Resistenzvorbereitung
Jennifer Thielmann
Kooperationspartner: Gwendolin Wehner, Behnaz Soleimani (Julius Kühn-Institut Quedlinburg, Deutschland), Johannes Schacht (Limagrain GmbH, Rosenthal, Deutschland), Mathias Wiegmann (RAGT 2n, Silstedt, Deutschland)
Hintergrund: Der künftige Anbau von Getreide wird aufgrund extremerer Witterungsbedingungen infolge des Klimawandels und des Auftretens neuer Schädlinge und Krankheitserreger zu einer größeren Herausforderung werden. Darüber hinaus ist der Zugang zu wirksamen chemischen Pflanzenschutzmitteln eingeschränkt, während die Nutzung der genetischen Ressourcen der Pflanze für ertragreichere und widerstandsfähigere Sorten durch klassische Züchtungsansätze begrenzt ist. Vor allem Weizen (Triticum aestivum) als eine der wichtigsten Kulturpflanzen weltweit spielt eine Schlüsselrolle für die Ernährungssicherheit, weshalb es von entscheidender Bedeutung ist, alternative Ansätze für einen nachhaltigen Anbau zu finden. Priming, eine durch Chemikalien oder Mikroorganismen ausgelöste Reaktion in Pflanzen, äußert sich in einer höheren Resistenz gegen Krankheiten und Schädlinge sowie in einer Steigerung der Biomasse (Ertrag) und könnte ein geeigneter Ansatz sein. Neben bekannten, hocheffizienten Priming-induzierenden Mikroorganismen wie dem endophytischen Pilz Serendipita indica und dem Bakterium Rhizobium radiobacter könnten auch einheimische Mitglieder des lokalen Bodenmikrobioms potenziell zur Induktion von Priming in Pflanzen eingesetzt werden.
Projekt: Während phänotypische Priming-Effekte bereits recht gut untersucht sind, beginnen wir gerade erst, den genetischen Hintergrund als Voraussetzung für solche Priming-Reaktionen zu verstehen. Wir untersuchten eine Reihe von 200 Weizengenotypen auf S. indica und R. radiobacter-induzierte Priming-Reaktionen hinsichtlich der Parameter Biomasse und Resistenz gegen Pilzkrankheiten. Molekulargenetische und GWAS-Analysen (genomweite Assoziationsstudien) der gewonnenen Daten werden zur Aufklärung der genetischen Grundlagen des Primings eingesetzt. Ein ausgewählter Satz von Weizengenotypen wird sowohl unter Halbfeldbedingungen als auch in Feldexperimenten angebaut, um Priming-Effekte unter Umweltstress über die gesamte Vegetationsperiode zu beobachten. Darüber hinaus bewerten wir die technische Anwendbarkeit von Getreide-Priming-Verfahren. Unser langfristiges Ziel ist es, die Priming-Kapazität als potenzielles neues Zuchtziel zu etablieren und gleichzeitig Ansätze für den Einsatz von Priming in kommerziellen großflächigen Anbausystemen zu liefern.
Laborverfahren / Techniken: Mikrobielle Kultivierung und Pflanzenpriming, Infektionsassays, Phänotypisierung, GWAS, Metagenom- und Amplikonsequenzierung und -analyse
Einschlägige Veröffentlichungen:
Conrath U, Pieterse CMJ, Mauch-Mani B (2002) Priming in plant–pathogen interactions 7,5, 210-216
Glaeser SP, Imani J, Alabid I, Guo H, Kämpfer P, Hardt M, Blom J, Goesmann A, Rothballer M, Hartmann A, Kogel KH (2016) Non-pathogenic Rhizobium radiobacter F4 deploys plant beneficial activity independent of its host Piriformospora indica. ISME 10(4), 871-884.
Waller F, Achatz B, Baltruschat H, Fodor J, Becker K, Fischer M, Heier T, Hückelhoven R, Neumann C, Franken P, Kogel KH (2005) The endophytic fungus Piriformospora indica reprograms barley to salt stress tolerance, disease resistance and higher yield. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 102, 13386-13391
Venneman J, Pawlick JS, Audenaert K, Meyerc E, Demeyere K, Leusd L, Baerte G, Kogel KH, Haesaert G, Vereecke D, Ehlers K (2020) Evaluation of genome size and quantitative features of the dolipore septum as taxonomic predictors for the Serendipita 'williamsii' species complex. Fungal Biology https://doi.org/10.1016/j.funbio.2020.06.001