Leguminosen wie Erbsen, Bohnen und Kleearten leben in Symbiose mit Bodenbakterien, die ihnen organischen Stickstoff zur Verfügung stellen. Dafür haben sie spezialisierte Strukturen in ihren Wurzeln – sozusagen ihre eigene Düngerproduktion im „Keller“. Forscher um den Zellbiologen Prof. Dr. Thomas Ott (Fakultät für Biologie, Universität Freiburg) haben nun einen entscheidenden Faktor in den Wurzelzellen nachgewiesen, den die Pflanzen für den ersten physischen Kontakt benötigen.
Wurzelhaare umwachsen Symbiosebakterien
Es handelt sich um ein nur in Leguminosen vorkommendes Protein mit dem Namen Symbiotic Formin 1 (SYFO1). Dieses hat eine essentielle Rolle für die Symbiose mit den Knöllchenbakterien. Die Ergebnisse veröffentlichte das Team gemeinsam mit Molekularbiologen Prof. Dr. Robert Grosse (Medizinische Fakultät, Universität Freiburg) und Evolutionsbiologen Dr. Pierre-Marc Delaux (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Toulouse) im Fachmagazin Current Biology (Formin-mediated bridging of cell wall, plasma membrane, and cytoskeleton in symbiotic infections of Medicago truncatula).
Wenn nun im Boden ein Knöllchenbakterium auf die Wurzeln von Leguminosen trifft, bewirkt das SYFO1-Protein eine Änderung der Wachstumsrichtung der Wurzelhärchen. Diese umwickeln den potenziellen Symbiosepartner. Durch die bakteriellen Mitbewohner brauchen sie keine stickstoffhalten Dünger. „Wenn wir genau verstehen, wie die Symbiose zustande kommt, könnten wir Nutzpflanzen diese besondere Eigenschaft zurückgeben, die sie im Laufe der Evolution verloren haben“, so Ott zur zukünftigen Verwendungsmöglichkeit der Erkenntnis.
Das Team um Ott konnte mit Medicago truncatula (Schneckenklee) zeigen, dass die Wurzelhaare von Pflanzen mit ausgeschaltetem Gen für SYFO1 kaum noch Bakterien umschließen konnten. Weitere Untersuchungen wiesen nach, dass das Protein an Aktin (ein Bestandteil des Zytoskeletts) und gleichzeitig an die außerhalb der Zellen liegende Zellwand bindet und so die Wuchsrichtung beeinflußt. Die Härchen wachsen nicht mehr gerade sondern bilden eine Schlaufe um das Bakterium.
Quelle: CIBSS/Universität Freiburg
