Kartoffel-Endophyten-Interaktion und die Reaktion auf Stress

Drastische Temperaturschwankungen, Dürre und Überflutungen, aggressive Chemikalien, Fressfeinde oder Krankheiten, gegen alle Arten von Stress muss sich eine Pflanze verteidigen, ohne die Möglichkeit sich Stressfaktoren zu entziehen. Im Verlauf ihrer Evolution haben Pflanzen erfolgreiche Strategien entwickelt, die in ihren Genen und deren Zusammenspiel verankert sind. Bis vor wenigen Jahren glaubte man, dass die Pflanzen für sich allein um ihr Wohlergehen kämpften. Seit neuestem weiß man, dass Pflanzen genau wie Menschen von einer Vielzahl von Mikroorganismen besiedelt werden, die einen wichtigen Beitrag zu ihrer Gesundheit und Produktivität leisten. Um die genetische Vielfalt für die Züchtung von Sorten, die besser an biotische und abiotische Stressfaktoren adaptiert sind, zu konservieren, müssen bestimmte Nutzpflanzen wie die Kartoffel klonal erhalten werden. Dies geschieht entweder über Felderhaltung, in vitro Lagerung oder Kryokonservierung. Um die Pflanzen erfolgreich zu kryokonservieren müssen diese einem Prozedere ausgesetzt werden, welches abiotischen Stressfaktoren wie mechanischer Verwundung, Trockenheit und Kälte beinhaltet. Aber nicht nur abiotische Stressfaktoren beeinflussen den Erfolg einer Konservierung, sondern auch biotische Faktoren wie Mikroorgansimen. Das Auftreten von Bakterien während der Kryokonservierung wurde bisher oft als Kontamination angesehen. Diese Mikroorganismen werden von Generation zu Generation übertragen und können das Wachstum positiv oder negativ beeinflussen. Einige Regeneratpflanzen werden nach dem Auftauen und Revitalisieren spontan und unerwünscht von ihren eigenen Mikroben überwachsen und sterben ab, während andere kryokonservierte Muster besonders vital wachsen und sich zu starken intakten Kartoffelpflanzen regenerieren. Der Verdacht liegt nahe, dass dabei bestimmte Mikroben eine Rolle spielen. Das Projekt untersucht die Mikrobiome von 384 verschiedenen kryokonservierten Kartoffelsprossspitzen mit dem Ziel, die identifizierten Mikroorganismen mit der Regenerationsfähigkeit nach Kryokonservierung zu korrelieren. Aus ausgewählten in vitro Pflanzen werden im weiteren Schritt Mikroorganismen isoliert. Die Interaktion zwischen Mikroorganismus und in vitro Pflanze wird auf der Genebene studiert, um den positiven und negativen Einfluss bestimmter Mikroorganismen besser zu verstehen. Zudem werden ausgewählte Mikroorganismen auf die Besiedelung innerhalb der Kartoffelpflanze untersucht. Die Ergebnisse aus der Zusammenarbeit von IPK Gatersleben und dem AIT Austrian Institute of Technology werden für die dringend erforderliche Verbesserung der Kryokonservierung in Genbanken der Kartoffel benötigt. Des Weiteren liefern die Ergebnisse wichtige Erkenntnisse für andere, allgemeinere Bereiche der Stresstoleranz von Kulturpflanzen, die zur Verbesserung des nachhaltigen integrierten Pflanzenschutzes in der Landwirtschaft beitragen und zur Entwicklung neuartiger, mikrobenbasierter Kulturverfahren genutzt werden können.