Klimaresistente Nutzpflanzen mit verbesserter Phosphoreffizienz durch vorteilhafte Pilzinteraktionen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Martina Ried; Professor Dr. Gabriel Schaaf; Professor Matthias Wissuwa, Ph.D.; Professor Dr. Peng Yu
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552843484

In vielen Teilen der Welt hat der übermäßige Einsatz von Phosphor (P)-Düngemitteln in landwirtschaftlichen Böden zu großflächigen Umweltverschmutzungen geführt. Andererseits stellen in anderen Gebieten P-Mangelböden und der limitierte Zugang zu Düngemitteln eine erhebliche Einschränkung der Pflanzenproduktion dar. Wärmere, trockenere Bedingungen durch den Klimawandel und die Erschöpfung der nicht erneuerbaren Reserven an hochwertigem Phosphatgestein werden diese Probleme nur weiter verschärfen. Da geringe Bodenfeuchtigkeit die Pflanzenverfügbarkeit von P verringert, wird sich die Nachfrage nach P-Düngemitteln erhöhen und der Zugang durch gleichzeitig steigende Preise erschwert. In natürlichen Ökoystemen sind die meisten Pflanzen auf Wurzelsymbiosen mit mutualistischen arbuskulären Mykorrhizapilzen für die effiziente P-Aufnahme angewiesen. Diese Interaktionen waren entscheidend für die Etablierung der ersten Landpflanzen vor über 450 Millionen Jahren und werden in wichtigen Nutzpflanzenarten nach wie vor etabliert. Allerdings ist das empfindliche Gleichgewicht zwischen Pflanze und Pilz nicht für heutige, intensive Agrarsysteme optimiert. In dem vorgelegten Antrag werden wir molekulare Mechanismen charakterisieren, die die Interaktion von arbuskulären Mykorrhizapilzen mit dem P- und Wasserstatus der Pflanze, der Entwicklung des Wurzelsystems und der weiteren Gemeinschaft von Bodenmikroben koordinieren. Von der molekularen Ebene bis hin zur Validierung durch Feldversuche werden wir Strategien für die rationale Optimierung von Pflanzen-Mykorrhiza-Symbiosen für eine effizientere, widerstandsfähigere und nachhaltigere P-Nutzung in der Landwirtschaft erarbeiten. Mit Fokus auf die beiden wichtigen Getreidearten, Mais und Reis, sind unsere spezifischen Ziele: 1. Zu verstehen, wie Veränderungen in der pflanzlichen P-Wahrnehmung und -Signalgebung die Mykorrhizakolonisation und die Reaktionen auf den P-Status der Pflanze beeinflussen. 2. Die relativen Beiträge von Wurzeleigenschaften versus Mykorrhiza und Rhizosphärenprozessen zur P-Effizienz mit und ohne Wasserstress zu quantifizieren. 3. Die Erkenntnisse unter Feldbedingungen in relevanten Umgebungen zu überprüfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, USA
• Partnerorganisation: Biotechnology und Biological Sciences Research Council (BBSRC); National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Guy Kirk, Ph.D.; Dr. Amy Marshall-Colón; Professorin Dr. Uta Paszkowski; Professor Dr. Ruairidh Sawers
• Mitverantwortlich: Dr. Johannes Postma