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Das Mikrobiom des Apfels Vererbter Mikrokosmos kann Pflanzen fit für den Klimawandel machen

Von Christoph Pelzl*

Ein Apfel ist wie eine kleine Erde: auf ihm leben über 100 Millionen Bakterien, die zusammen sein Mikrobiom darstellen. Wie das Mikrobiom über Generationen weitergegeben wird und ob es sich eignet, um unsere Kulturpflanzen robuster gegen Klimaeffekte zu machen, untersucht eine österreichische Forschergruppe in Graz.

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Jeder Apfel ist wie eine eigene Welt und beherbergt rund 100.000 Bakterien, das so genannte Mikrobiom des Apfels (Symbolbild).
Jeder Apfel ist wie eine eigene Welt und beherbergt rund 100.000 Bakterien, das so genannte Mikrobiom des Apfels (Symbolbild).
(Bild: gemeinfrei, geralt / Pixabay )

Graz/Österreich – Die Landwirtschaft steht durch die globalen, von menschlichen Aktivitäten verursachten Veränderungen weltweit vor enormen Herausforderungen: Dürre, Starkwetterereignisse, Temperaturrekorde und neu auftretende Krankheitserreger gefährden die Welternährung. Deshalb ist es entscheidend, unsere Kulturpflanzen robuster zu machen, ohne die Umwelt weiter zu belasten. Mikrobiomforschung und -management helfen, diese Ziele zu erreichen.

Die Mikrobiomforschung ist erst wenige Jahrzehnte alt, hat aber schon einige bedeutsame Erkenntnisse vorzuweisen. Eines davon ist, dass Menschen, Tiere und Pflanzen ein sehr spezifisch angepasstes Mikrobiom haben, das essenzielle Funktionen übernommen hat. Beide – Organismus und Mikrobiom – sind in Koevolution, also in wechselseitiger Beeinflussung entstanden. Heute gelten alle Organismen als „Holobiont“: gemeinsam funktionierende Einheiten mit zahlreichen spezialisierten Mikroorganismen. Letztere sind zahlenmäßig immer überlegen; der Mensch hat z. B. zehnmal mehr Mikroorganismen als eigene Zellen. Das Mikrobiom wird dadurch als wichtiges Ziel für neue Gesundheitstherapien und Prophylaxe eingestuft. Für Kulturpflanzen gilt das gleichermaßen, jedoch ist das Potenzial hier bislang wenig bekannt und ausgeschöpft.

Die wilden Vorfahren der Äpfel zurückholen

Eine interdisziplinäre Forschergruppe unter Leitung der TU Graz hat das Mikrobiom moderner domestizierter Apfelkulturen – also gezielt gezüchteter und kultivierter Sorten – mit dem Mikrobiom ihrer wilden Vorfahren sowie mit dem Mikrobiom nahe verwandter Arten verglichen. Mithilfe molekularer Analysen und bioinformatischer Verfahren stellte die Gruppe fest, dass das Mikrobiom im gleichen Maße vererbt wird wie die Gene. Äpfel, die sich genetisch ähnlich sind, beherbergen also auch ein ähnliches Mikrobiom. Und überraschender Weise enthalten unsere modernen Apfelsorten immer noch einen Teil des Mikrobioms ihrer wilden Vorfahren.

Ahmed Abdelfattah ist Umweltbiotechnologe und Marie-Curie-Fellow an der TU Graz.
Ahmed Abdelfattah ist Umweltbiotechnologe und Marie-Curie-Fellow an der TU Graz.
(Bild: Lunghammer – TU Graz)

Die Studie zeigt, dass auch das Mikrobiom „gezüchtet“ und mit der Zeit stark verändert wurde. Bislang passierte dies ungezielt und viele Mikroorganismen sind dabei verloren gegangen. Diese verlorengegangenen Mikroorganismen könnten uns jetzt helfen, unsere Kulturpflanzen wieder fit für den Klimawandel zu machen. Denn jetzt steht nicht mehr Größe und Süße der Äpfel im Vordergrund der Züchtung, sondern deren Resilienz und Gesundheit. Die Forschergruppe ist überzeugt, dass das Mikrobiom der wilden Vorfahren, die aus dem innerasiatischen Tienschan-Gebirge stammen, hierzu wertvolle Mikroorganismen enthält. Denkbar wäre beispielsweise das Verändern des Pflanzenmikrobioms durch gezieltes Einbringen von Mikroorganismen, um die Widerstandskraft der Pflanzen zu erhöhen.

Originalpublikation: Ahmed Abdelfattah, Ayco J.M. Tack, Birgit Wasserman, Jia Liu, Gabriele Berg, John Norelli, Samir Droby, Michael Wisniewski: Evidence for host-microbiome co-evolution in apple, New Phytologist, 25 November 2021, DOI: 10.1111/nph.17820

* C. Pelzl, Technische Universität Graz, 8010 Graz/Österreich

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