Aufklärung von Reis - Endophyten Interaktionen: Genomweite Analyse des endophytischen Lebensstils des N2-Fixieres Azoarcus sp. Stamm BH72

• Antragstellerin: Professorin Dr. Barbara Reinhold-Hurek
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 39010499

Globaler Klimawandel und steigende Energiekosten erfordern nachhaltigeren Umgang mit Resourcen in der Landwirtschaft sowie die Entwicklung von Agrartechniken unter möglichst geringem Einsatz von Petrochemikalien. Endophytische Bakterien besiedeln das lebende Gewebe von Pflanzen, ohne sie zu schädigen, und sind von großem Interesse für agro-biotechnologische Anwendungen, z.B. für Verbesserung von Pflanzengesundheit und Pflanzenwachstum oder als Biodünger. Besonders die Zufuhr von N2 an Getreide ist ein agronomisch und ökologisch wichtiges Potential N2-fixierender Grasendophyten. Allerdings wird hierfür ein wesentlich tieferes Verständnis der Interaktionsmechanismen zwischen Endophyten und Pflanzen benötigt. Untersuchungen mikrobieller Gemeinschaften in verschiedenen Wurzel- und Bodenzonen legen nahe, dass die endophytische Wurzelmikrobengemeinschaft zahlreiche Adaptationen aufweist und sowohl stärker spezialisiert als auch weniger divers ist als Mikrobengemeinschaften auf der Wurzeloberfläche oder im Rhizosphäreboden. Zusammen mit bisherigen Erkenntnissen über bakterielle Eigenschaften kann man annehmen, dass spezielle aktive bakterielle Prozesse notwendig sind, damit sie sich im Wurzelinnern etablieren können. Da Pflanzenzellen konservierte bakterielle Moleküle (MAMPs) detektieren und darauf reagieren können, indem sie Abwehrreaktionen aktivieren, ist es erstaunlich, dass Endophyten sich tatsächlich in hohen Konzentrationen im Gewebe etablieren können. Eines der auf molekularer Ebene am besten untersuchten Modellsysteme für bakterielle Endophyten und monokotyle Pflanzen ist die Azoarcus - Reis Interaktion. Azoarcus Stamm BH72 ist ein Luftstickstoff-fixierender Endophyt von Gräsern wie Kallargras, das er mit Stickstoff versorgen kann. Auch Reiswurzeln werden gut besiedelt. Da die Genomsequenzen für beide Partner, Oryza sativa und Azoarcus sp. BH72, bekannt sind, besteht hier ein exzellentes Modellsystem, um Mechansimen der Interaktionen der Partner mittels funktioneller Genomanalysen aufzuklären. Basierend auf globalen Transkriptomanalysen aus der ersten Projektphase streben wir an, weitere charakteristische Eigenschaften der Bakterien zu identifizieren, die eine Rolle für die physiologisch erfolgreiche Etablierung in Reiswurzeln spielen, und damit zur Aufklärung von Mechanismen der Interaktion beizutragen. Mittels cutting edge Technologien werden neue Schwerpunkte auf die Erforschung von antisense RNA und neu entwickelte Strategien zur Quantifizierung der Genexpression in einzelnen Bakterienzellen in planta gelegt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen