Südafrika: Forschung kürt 15-Kartoffelwurzel-assoziierte Bakterien als Kandidaten für synthetische Mikrobiellgemeinschaften
Researchers from the University of the Free State and North Carolina State University combine soil bacterial community profiling with laboratory screening; of 26 isolates tested, 15 showed four or more potentially beneficial characteristics.
Forschende der Universität Free State in Südafrika und der North Carolina State University in den USA untersuchen Bakterien, die mit Kartoffelwurzeln assoziiert sind, als Kandidaten für synthetische Mikrobiellgemeinschaften (SynComs). Dabei handelt es sich um gezielt zusammengestellte Kombinationen von Mikroorganismen, die für ihre komplementären Eigenschaften ausgewählt werden.
Auf dem Welt-Kartoffelkongress in Kenia präsentiert, kombiniert die Forschung die Profilierung von Bodenbakteriengemeinschaften mit Labor-Screenings, um die Auswahl von Kandidatenbakterien zu leiten. Durch funktionales Screening wurden die 15-Isolate für eine weitere Bewertung vorselektiert. Das langfristige Ziel besteht darin, mikrobielle Kombinationen zu entwickeln, die das Kartoffelwachstum fördern und bodenbürtige Pilzkrankheiten unterdrücken.
Warum das wichtig ist
Bodenbürtige Pilzkrankheiten bedrohen den Kartoffelerfolg und die Qualität der Knollen. Bakterien in der Rhizosphäre (dem Boden, der eng mit den Pflanzenwurzeln assoziiert ist), könnten nützliche Eigenschaften für die Pflanzenwachstumsförderung und biologische Schädlingsbekämpfung bieten.
Die Auswahl von Bakterien mit starker Leistung in individuellen Laborversuchen liefert zwar nützliche Informationen, berücksichtigt aber nicht vollständig ihre Wechselwirkungen mit anderen Mikroorganismen im Boden oder ihre Eignung für eine gemeinsame Anwendung. Diese Studie zielt darauf ab, diese Überlegungen in die SynCom-Entwicklung einzubeziehen, indem drei Quellen von Erkenntnissen kombiniert werden: ökologische Assoziationen, die durch Bodenbakteriengemeinschafts-Profilierung und Netzwerkanalyse identifiziert wurden; komplementäre funktionale Eigenschaften unter den Kandidatenisolaten; und Kreuzstreifentest auf Kompatibilität, um Isolate zu identifizieren, die sich unter den getesteten Bedingungen nicht nachweisbar gegenseitig hemmen. Zusammen leiten diese Kriterien die Auswahl von Bakterienkombinationen für die anschließende Gewächshausbewertung.
Was die Forschenden untersuchten
Bodenproben wurden aus der Kartoffelrhizosphäre und dem Boden an verschiedenen Produktionsstandorten entnommen. Mithilfe der 16S-rRNA-Metabarcoding-Analyse untersuchten die Forschenden die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaften und nutzten eine Ko-Vorkommens-Netzwerkanalyse, um Muster der taxonomischen Assoziationen zu identifizieren.
Neben dieser Arbeit wurden kultivierte Bakterienisolate auf Eigenschaften hin gescreent, die für die potenzielle Pflanzenwachstumsförderung und biologische Schädlingsbekämpfung relevant sind. Das Screening umfasste die Produktion von Siderophoren, Wasserstoffcyanid, Katalaseaktivität, Proteaseaktivität, Phosphatlöslichkeit, die Produktion indolbezogener Verbindungen (bewertet mit dem Salkowski-Assay) sowie Ammoniakproduktion.
Diese Assays identifizieren Laborcharakteristika, die für die Kandidatenauswahl nützlich sein können; sie belegen jedoch allein nicht verbessertes Pflanzenwachstum oder Krankheitsunterdrückung.
Was die Studie ergab
Die Studie zeigte, dass bakterielle Gemeinschaften um die Wurzeln von Kartoffeln zwischen Betrieben variierten, was den Einfluss des lokalen Bodens und der Anbaubedingungen unterstreicht. Eine Ko-Vorkommensnetzwerk-Analyse identifizierte 16 Gruppen von Bakterien, die häufig gemeinsam vorkamen, und lieferte Einblicke in die Bodenmikroben-Ökologie, potenzielle Wechselwirkungen sowie die ökologischen Funktionen verschiedener Bakteriengruppen. Diese Erkenntnisse bieten eine ökologische Grundlage für die Auswahl von Bakterien für synthetische mikrobielle Gemeinschaften (SynComs), wobei nicht nur ihre individuellen vorteilhaften Eigenschaften, sondern auch ihre potenziellen Rollen und Beziehungen innerhalb der größeren Bodenmikroben-Gemeinschaft berücksichtigt werden. Von den 26 getesteten Bakterienisolaten zeigte 15 vier oder mehr potenziell nützliche Merkmale. Diese wurden als SynCom-Kandidaten vorselektiert, wobei weitere Auswahlkriterien die funktionale Ergänzung, ökologische Relevanz und Kompatibilität umfassten.
Was als Nächstes kommt
Der nächste Schritt besteht darin, die vielversprechendsten Bakterien zu identifizieren und zu bestimmen, wie sie zusammenwirken können, um die Gesundheit der Kartoffeln zu fördern. Die ausgewählten Bakterien werden weiteren Identifizierungs- und Sicherheitsprüfungen unterzogen, während ihre Kompatibilität und ökologischen Rollen die Zusammenstellung der SynComs leiten. Anschließend werden Gewächshausversuche zeigen, ob diese Bakterienkombinationen das Kartoffelwachstum verbessern und Pflanzen vor bodenbürtigen Krankheiten schützen können. Ultimativ strebt man danach, wirksame mikrobielle Kombinationen zu entwickeln, die zusammenarbeiten und zu gesünderen Kartoffelpflanzen und Böden beitragen.
Autoren: Nduduzo Dlamini, Norman Muzhinji, Tesfay Weldeslassie (Department of Plant Sciences, University of the Free State, South Africa); Tika Adhikari (Department of Entomology and Plant Pathology, North Carolina State University, USA). Veröffentlicht mit Zustimmung des Leitautors Nduduzo Dlamini, der den Text und die Fotos bereitstellte.
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