Unsere intensive Landwirtschaft basiert auf einem hohen Einsatz von Düngemitteln und Pflanzenschutzmitteln. Das ist schädlich für die Umwelt und auch nicht nachhaltig. Die Schlüsselfragen in der Forschung sind daher, wie diese Inputs gesenkt werden können, während der Ertrag unserer Pflanzen erhalten bleibt.
Ein vielversprechender Weg, dies zu tun, besteht darin, Pflanzen auf dem Feld mit nützlichen Mikroben zu versorgen. Um dies jedoch erfolgreich tun zu können, müssen wir die komplexen chemischen Wechselwirkungen zwischen den Partnern verstehen. Wir untersuchen diese Wechselwirkung, indem wir uns Wurzelexsudate in unserem Labor ansehen.
Wir stellen fest, dass die Wurzelexsudation sehr dynamisch ist. Sie unterscheidet sich je nach Pflanzenart, Entwicklungsstadien und auch Tageszeitpunkten. Pflanzen reagieren auch auf das Vorhandensein verschiedener Arten von Mikroben, indem sie ihr Stoffwechselprofil verändern.
Da Wurzelexsudate Nährstoffe und Signale für die mikrobielle Gemeinschaft sind, ist die Untersuchung von Exsudationsprofilen von entscheidender Bedeutung, um zu verstehen, wie Pflanzen mit Mikroben in ihrer Umgebung interagieren. Entwicklungen in der Metabolomik, aber auch bei Next-Generation-Sequencing-Technologien treiben das Feld der Interaktion mit dem pflanzlichen Mikrobiom wirklich voran. Offensichtlich benötigen Sie einen Metabolomik-Workflow, um die Verbindung oder die Verbindungen von Interesse in einem bestimmten System zu erkennen.
Und Next-Generation-Sequencing-Technologien sind wirklich unerlässlich, um die Struktur, aber auch die Funktion des pflanzlichen Mikrobioms zu verstehen. Außerdem ist es sehr hilfreich, spezialisierte Wachstumssysteme oder vereinfachte Wachstumssysteme wie das hier vorgestellte zu verwenden, um die molekularen Mechanismen der Interaktion zwischen Pflanzen und Mikroben zu verstehen. Unser System kann steril gehalten werden, aber wir können es auch mit Zielmikroorganismen impfen.
Eine Herausforderung besteht darin, Metaboliten in geringer Konzentration in Exsudaten nachzuweisen. Wenn der Hintergrund niedrig ist, ist es einfach, dies zu tun. Wenn wir eine viel komplexere Umgebung haben, wie z.B. den Boden, dann ist es schwieriger.
Eine weitere Herausforderung, die ungelöst ist, ist, wenn wir Mikroben in das Bild aufnehmen. Dann ist es nicht möglich, zwischen der von Pflanzen und den Mikroben produzierten Verbindung zu unterscheiden. Wir haben ein System entwickelt, das kostengünstig und relativ einfach ist.
Sein steriles Design ermöglicht aufeinanderfolgende Experimente. Zunächst werden Pflanzenmetaboliten verworfen. Dann werden Pflanzen mit Mikroben geimpft, und hier werden die Veränderungen im Metabolitenprofil bewertet.
Es ermöglicht auch das Wachstum verschiedener Pflanzenarten über einen längeren Zeitraum. Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass dieses System für viele Anwendungen gut geeignet ist.
