Erbgut eines pflanzenwachstumsfördernden Bakteriums entschlüsselt

22.08.2007: Wissenschaftlern der Humboldt-Universität zu Berlin und der Georg-August-Universität Göttingen ist es gelungen, das Erbgut eines Bakteriums vollständig zu entschlüsseln, das als "Biodünger", eine umweltfreundlichen Alternative zu chemischen Düngemitteln darstellt. Das "nützliche" Bakterium mit dem Namen Bacillus amyloliquefaciens besiedelt die pflanzliche Wurzelzone und fördert das Pflanzenwachstum durch die Bereitstellung zusätzlicher Nährstoffe und anderen Stoffwechselprodukten der Mikrobenzelle, die teilweise noch unbekannt sind.

"Mit der nun bekannten Gen-Ausstattung von B. amyloliquefaciens können wir jetzt gezielt die Mechanismen untersuchen, die der wachstumsfördernden Wirkung dieses Bakteriums zugrunde liegen und damit die Voraussetzung für neue verbesserte Biodünger mit Einsatzmöglichkeiten in der Landwirtschaft und dem Gartenbau schaffen", betont Prof. Dr. Rainer Borriss, der die für das Genomprojekt verantwortliche Arbeitsgruppe an der Berliner Humboldt-Universität leitet.

Die Arbeiten wurden im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Netzwerks Genomforschung an Bakterien (GenoMik) in enger Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Gerhard Gottschalk, dem Leiter des Laboratorium für Genomanalyse der Universität Göttingen, durchgeführt. Über die Forschungsergebnisse berichtet die Zeitschrift "Nature Biotechnology".

"Die Besonderheit des Genoms liegt in der Anwesenheit von sogenannten DNA-Inseln, DNA Regionen, die in ihrer Zusammensetzung stark von der üblichen Grundausstattung abweichen", erläutert Prof. Gottschalk. Während die meisten Bereiche des Genoms sehr stark denen der verwandten Bodenbakterien ähneln, werden durch die Gene in den DNA-Inseln Funktionen gesteuert, die mit dem besonderem "Lifestyle" dieses Bakteriums im Bereich der pflanzlichen Wurzelzone verknüpft sind. Die Forscher spekulieren, dass dieser Bakterientyp aus einem "normalen" Bodenbakterium hervorgegangen ist, das durch die Aufnahme fremder DNA die Fähigkeit zu einer positiven Wechselwirkung mit Pflanzenzellen erworben hat. Beispielweise konnte in dem Genom eine DNA-Insel nachgewiesen werden, die diesem Bakterium die Erschließung zusätzlicher Nahrungsquellen aus seiner pflanzlichen Umgebung ermöglicht.

Eine Überraschung für die Wissenschaftler stellte die Anwesenheit großer Gen-Gruppen dar, die die Synthese einer Vielzahl von Wirkstoffen ermöglicht, die gegen konkurrierende Mikroorganismen im gleichen Lebensraum wirksam sind. Diese, insbesondere gegen pflanzenpathogene Bakterien und Pilze gerichteten Wirkstoffe tragen zu der positiven Wirkung des Bakteriums auf die Pflanzengesundheit bei und sind ein Ziel weiterer intensiver Forschung. "In Zusammenarbeit mit Arbeitsgruppen der Technischen Universität Berlin und der Universität Bonn wurde bereits die chemische Natur dieser Verbindungen aufgeklärt, die durch einen nicht konventionellen Synthesemechanismus hergestellt werden. Damit wird es in Zukunft möglich sein, das Bakterium auch als Biopestizid zur Eindämmung pflanzlicher Schädlinge zu verwenden und den Einsatz von Agrochemikalien weiter zu begrenzen", erläutert Prof. Borriss.

Bereits heute wird ein auf diesem Bakterium basierendes Produkt erfolgreich durch die Berliner Firma ABITEP GmbH vertrieben. "Mit der Verfügbarkeit der Genomsequenz erwarten wir starke Impulse für die weitere Entwicklung leistungsstarker Produkte für den biologischen Pflanzenschutz, die nicht nur für den ökologischen Landbau, sondern auch für die sogenannte konventionelle Landwirtschaft von Interesse sind", fügt Dr. Helmut Junge, Leiter der ABITEP GmbH, hinzu.