Symbiose gegen Stress

Alle Pflanzen sind in ihrem Inneren besiedelt von Mikroorganismen und Pilzen. In den meisten Fällen sind diese Endophyten nicht schädlich, sondern helfen vielmehr den Pflanzen, besser mit ihren Umweltbedingungen zurechtzukommen. Im Gegenzug werden sie mit pflanzlichen Nährstoffen versorgt. Es ist eine klassische Symbiose, bei der beide Organismen wechselseitig voneinander profitieren. Die Biologin Regina Redman und Kollegen von der Universität von Washington in Seattle haben herausgefunden, dass die Endophyten häufig eine zentrale Rolle dabei spielen, Pflanzen resistenter gegen Stress zu machen. Als die Forscher zum Beispiel bei Dünengräsern, die normalerweise in salzigen Küstenböden gedeihen, im Labor die Pilzbesiedlung verhinderten, kamen die gleichen Pflanzen nur noch schlecht mit höheren Salzkonzentrationen zurecht. Aus dieser Beobachtung heraus entstand eine Idee: Was passiert, wenn man ganz andere Pflanzen, die von Natur aus sehr empfindlich auf erhöhte Salzgehalte reagieren, mit den Pilzen der Dünengräser gezielt infiziert?

"Wir machen im Grunde das, was Mutter Natur in Hunderten Millionen Jahren entwickelt hat. Es ist ein ganzheitlicher Ansatz: Wir verändern nicht mit molekularbiologischen Methoden die Gene der Pflanzen, sondern nutzen nur das, was die Natur uns bereitgestellt hat."

Regina Redman hat bei ihren Versuchen erstaunliche Ergebnisse erzielt. Reispflanzen, die normalerweise sehr empfindlich auf Salz reagieren, wuchsen in Symbiose mit dem Pilz fast ohne Einbußen weiter, selbst als sie nur noch mit Wasser gegossen wurden, das immerhin fast halb so salzig war wie Meerwasser. In einem anderen Test infizierten die Forscher Tomaten mit einem Pilz, den sie zuvor aus Pflanzen isoliert hatten, die im Yellowstone-Nationalpark in der Nähe von heißen Quellen wachsen. Die Tomaten kamen anschließend mit weitaus höheren Temperaturen zurecht als normalerweise. Angesichts des Klimawandels stehen Salztoleranz oder die Unempfindlichkeit gegen Hitzestress weit oben auf der Wunschliste von Pflanzenzüchtern. Doch trotz immer neuen Kreuzungsversuchen und dem Einsatz gentechnischer Methoden fallen die Erfolge auf den Versuchsfeldern bisher mager aus. Die Experimente mit den Endophyten zeigen nun, dass es vielleicht viel einfacher geht. Denn die Lösung scheint im Grunde schon in den Pflanzen enthalten zu sein. Nach den Erkenntnissen der Forscher sorgen die symbiotischen Pilze dafür, dass die Pflanzen ihr vorhandenes Genpotenzial anders ausspielen. Wie genau das funktioniert – diese Frage eröffnet ein ganz neues, spannendes Forschungsfeld. Die Forscher nennen es Symbiogenetik.

"Die Mechanismen kennen wir noch nicht so richtig. Aber wir sehen, dass unter Stress bei Pflanzen mit Pilz-Symbiosen andere Gene an- oder abgeschaltet werden als bei den nicht-symbiotischen Pflanzen. Da findet also eine Form von Kommunikation statt, die den symbiotischen Pflanzen Vorteile beschert."

Bisher hat Regina Redman ihre Beobachtungen nur im Labor und im Gewächshaus gemacht. Für den Einsatz der Technik im großen Stil stellt sich die Frage, wie man in der freien Natur ganze Felder mit den vorteilhaften Pilzen infizieren kann. Im Fall von Reis haben die Forscher schon ein einfaches System gefunden. Bei Reisbauern ist es gängige Praxis, Samen vor der Aussaat mit Chlorwasser zu spülen, um daran anhaftende Mikroorganismen abzutöten. In einem zweiten Arbeitsschritt könnten die Körner einfach mit einer Lösung versetzt werden, welche die passenden Pilzsporen enthält.

"Wir sind soweit, das auch im Freiland zu testen. Nicht nur bei uns in den USA, sondern auch in ärmeren Ländern, die davon profitieren könnten. Die Technik kostet wenig, kann sofort eingesetzt werden, und nach nur einer Saison sieht man die Effekte."

Sollte sich die Symbiogenetik tatsächlich in den nächsten Jahren auch im Freiland als praktikabel erweisen, könnte sie eines Tages helfen, der Welt die Ernten der Zukunft zu sichern.