Pflanze-Mikroben Interaktionen

In freier Natur leben Pflanzen in einer Lebensgemeinschaft mit einer erstaunlichen Vielfalt von Mikroorganismen. Die Kernthemen der Forschungsarbeiten in unserer Abteilung beschäftigen sich mit den Fragen, wie Pflanzen mit diesen Mikroorganismen kommunizieren und wie sie krankheitserregende von nützlichen Mikroben unterscheiden.

Wir untersuchen das Immunsystem von Pflanzen sowie die Mechanismen der Entstehung und Entwicklung von Krankheiten. Dies ist mitentscheidend für ein tieferes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Wirtspflanze und mikrobiellen Krankheitserregern. Das pflanzliche Immunsystem stellt grundsätzlich einen wirksamen Schutz gegen die meisten Krankheitskeime dar. Trotzdem gelingt es wenigen Eindringlingen, Pflanzen durch unkontrollierte Besiedlung zu schädigen. In solchen Fällen versagen entweder die pflanzlichen Immunsensoren bei der Erkennung der Pathogene oder die Eindringlinge haben Mechanismen entwickelt, eine Immunantwort aktiv zu unterdrücken. Ziel unseren Forschungsarbeiten ist es, ein regulatorisches Netzwerk für das pflanzliche Immunsystem zu definieren, die maßgeblichen regulatorischen Mechanismen in diesem Netzwerk zu identifizieren und wichtige Strukturbausteine zu bestimmen. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse sollen Komponenten und Signal-Aktivitäten in diesem Netzwerk variiert werden, um die pflanzliche Abwehr gezielt zu verändern und Vorhersagen zu ihrer Qualität treffen zu können.

In einem weiteren Themenkreis befassen wir uns mit der pflanzlichen Mikrobiota, der Gesamtheit aller mit gesunden Pflanzen assoziierten Mikroorganismen. Für Pflanzen nützliche Mikroben haben eine wichtige Funktion für Pflanzenwachstum und –gesundheit; sie fördern das Wachstum, indem sie Nährstoffe aus dem Boden mobilisieren, und gewährleisten einen indirekten Schutz gegenüber bodenständigen Krankheitserregern. Wir untersuchen diese Nährstoffversorgungs- und Schutzfunktionen auf molekularer Ebene und möchten verstehen, wie Pflanzen die Mikrobiota zu ihrem Vorteil einbinden, um sich an extreme Umweltbedingungen anzupassen. Ziel ist die Identifizierung der molekularen Prinzipien, die den Wechselwirkungen von Pflanzen mit diesen mikrobiellen Lebensgemeinschaften zugrunde liegen. Langfristig möchten wir ein molekulares Konzept als Erklärung dafür entwickeln, wie Pflanzen gleichzeitig mit krankheitserregenden und nutzbringenden Mikroben interagieren, dabei ihr Überleben sichern und sogar die eigene Fitness maximieren.

Viele unserer mikrobiologischen Arbeiten beinhalten Untersuchungen der Wechselwirkungen zwischen Pflanze und Bakterium oder Pilzen. Dabei verfolgen wir einen Ansatz, der genetische, molekularbiologische, biochemische und bioinformatische Methoden verbindet.

Beide oben skizzierten Forschungsansätze sollen unsere Kenntnisse darüber erweitern, wie zukünftig molekulare Züchtungstechniken das pflanzliche Immunsystem und die Mikrobiota der Pflanzen verändern können, um Pflanzenschutz und –produktivität zu verbessern.