Verringerung der Eisentoxizität in Reis durch mikrobielle Interaktionen

Dieses Gemeinschaftsprojekt zwischen unserem Labor, der Universität Hohenheim (Folkard Asch und Tanja Winand) und dem Laboratoire des RadioIsotopes an der Université d'Antananarivo, Madagaskar (Mitarbeiter Razafimbelo Tantely, Andriamananjara Andry und Toavintsoa Rajonandraina), konzentriert sich auf die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Reis gegen Eisentoxizität durch Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikrobiom. Die Eisentoxizität ist ein weit verbreitetes Problem in der Reisproduktion in mehreren Regionen Afrikas, darunter in Teilen Westafrikas und Madagaskars. Hohe Eisenkonzentrationen im Boden, die häufig auf saure Böden und schlechte Entwässerung zurückzuführen sind, können das Pflanzengewebe schädigen, das Wachstum hemmen und die Erträge verringern. Durch die Erforschung des Mikrobioms, das mit verschiedenen Reisgenotypen assoziiert ist, wollen wir mikrobielle Gemeinschaften identifizieren, die Reispflanzen dabei helfen können, den Stress durch Eisentoxizität auf natürliche Weise zu mildern.

Projektziele

Das Projekt konzentriert sich auf drei Hauptziele:

1. Untersuchung genotypspezifischer Mikrobiome in eisenbelasteten Umgebungen
   Untersuchung der Rhizosphären-, Wurzel- und Blattmikrobiome verschiedener Reisgenotypen unter eisenbelasteten und nicht eisenbelasteten Bedingungen mit Schwerpunkt auf der Identifizierung von Mikroben, die zur Eisentoleranz beitragen.
2. Isolierung und Charakterisierung von Mikroben mit eisentoxischen Fähigkeiten
   Isolierung von Schlüsselmikroben aus Reispflanzen, die in eisentoxischen Umgebungen angebaut werden, und Untersuchung ihrer Rolle bei der Verringerung der Bioverfügbarkeit von Eisen und der Verbesserung der Pflanzengesundheit unter Eisenstress.
3. Entwicklung von Anwendungen für mikrobielle Eisentoleranz in der Landwirtschaft
   Testen isolierter Stämme in kontrollierten Umgebungen, um ihr Potenzial als mikrobielle Impfstoffe für eisenbelastete Reispflanzen zu bewerten und den Weg für nachhaltige, naturbasierte Pflanzenschutzstrategien zu ebnen.

Forschungsschwerpunkte und wichtigste Ergebnisse

1. Genotypabhängige mikrobielle Vielfalt
In diesem Bereich wird untersucht, wie verschiedene Reisgenotypen unter Eisenstress spezifische mikrobielle Gemeinschaften rekrutieren, was zu ihrer Toleranz beiträgt.

• Vorläufige Ergebnisse: Feldproben in Madagaskar haben einzigartige mikrobielle Gemeinschaften in Verbindung mit verschiedenen Reisgenotypen ergeben, wobei potenzielle mikrobielle Indikatoren mit eisentoleranten und empfindlichen Pflanzen in Verbindung gebracht werden. Diese ersten Ergebnisse deuten darauf hin, dass bestimmte Mikroben eine Rolle bei der Pufferung von Pflanzen gegen Eisentoxizität spielen könnten, wobei vielversprechende Stämme eisentoxifizierende Eigenschaften aufweisen.

2. Isolierung und Testung funktioneller Mikroben
Wichtige mikrobielle Isolate werden auf ihre Wirksamkeit bei der Verringerung der Bioverfügbarkeit von Eisen und der Verbesserung der Pflanzengesundheit analysiert.

• Vorläufige Ergebnisse: In vorläufigen Studien wurden Bakterientaxa identifiziert, die möglicherweise mit Eisentoleranzmechanismen wie Eisenoxidation und Nährstoffversorgung in Verbindung stehen und nun auf ihre Fähigkeit getestet werden, die Widerstandsfähigkeit von Reis bei Eisenstress zu verbessern.

3. Anwendung von Mikrobiom-Lösungen für Eisentoxizität
Dieses Arbeitspaket zielt darauf ab, mikrobielle Impfstoffe zu entwickeln, die auf Feldern eingesetzt werden können, die von Eisentoxizität betroffen sind.

• Ansatz: Im Rahmen des Projekts soll in experimentellen Versuchen untersucht werden, wie die Beimpfung von Reispflanzen mit spezifischen eisentoleranten Mikroben die Symptome der Eisentoxizität verringern und den Ertrag verbessern kann, wodurch eine zugängliche, kostengünstige Lösung für Kleinbauern geschaffen wird.

Innovativer Ansatz

Dieses Projekt kombiniert traditionelle Agrarwissenschaft, Mikrobiomforschung und angewandte Mikrobiologie, um nachhaltige Lösungen für die Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen zu erforschen. Der Fokus auf feldbasierte Probenahmen in Madagaskar und die Zusammenarbeit vor Ort ermöglichen ein praxisnahes Verständnis dafür, wie mikrobielle Lösungen in die lokalen landwirtschaftlichen Praktiken integriert werden können.

Bedeutung und Ausblick

Die Ergebnisse dieses Projekts sollen zu einem nachhaltigen Reisanbau in Madagaskar und anderen Regionen mit Eisenvergiftung beitragen. Durch die Identifizierung und Anwendung nützlicher Mikroben wollen wir eine kostengünstige, natürliche Lösung anbieten, die die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen erhöht und zur Ernährungssicherheit und Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft beiträgt.