Molekulare Einblicke auf Pflanzen-Mikrobiom-Wechselwirkungen während der Rhizosphärenentwicklung

• Antragsteller: Dr. Oliver Lechtenfeld
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403669053

Die Selbstorganisation der Rhizosphäre erzeugt durch das Zusammenspiel von Pflanze und Mikroben vielfältige chemische Gradienten. Die Bodenlösung ist der Teil der Rhizosphäre, in dem molekular-chemische Gradienten des organischen Kohlenstoffs durch Wurzelwachstum und Eintrag von organischem Kohlenstoff zuerst entstehen. Bodentyp, Umweltfaktoren, Pflanzengenotyp, mikrobielle Gemeinschaft usw. steuern dann die molekulare Entwicklung der Bodenlösung. Chemische und biologische Muster in einer sich entwickelnden Rhizosphäre spiegeln somit die komplexen Wechselwirkungen zwischen diesen Treibern wider.Ziel dieses Antrags ist es, die räumlich-zeitliche Entwicklung molekular-chemischer Gradienten von organischem Kohlenstoff im frühen Stadium der Rhizosphäre zu untersuchen. Dazu sind Experimente mit Bodensäulen geplant, die vollständig in die zentrale Plattform des SPP 2089 eingebettet sind. Essentiell zum Erreichen der Ziele ist der Einsatz von Mikrosaugkerzen für die Bodenlösungsprobenahme und ultrahochauflösende Massenspektrometrie (FTICR-MS) zur Analyse des organischen Materials. Unsere Kernhypothese ist, dass die konvergente Ausprägung molekularer Gradienten in der Rhizosphäre hauptsächlich durch den schnellen mikrobiellen Umsatz von wurzelbürtigem organischem Kohlenstoff getrieben wird. Zu diesem Zweck werden Bodensäulen mit zwei Zea mays Genotypen (Wildtyp- und rth3-Mutant) verwendet, um die Freisetzung organischen Kohlenstoffs durch Wurzeln zu verfolgen. Die molekulare Transformation dieses Kohlenstoffs durch die mikrobielle Gemeinschaft und die räumliche Ausdehnung der Rhizosphäre werden durch die Verwendung von stabilen Isotopen untersucht.FTICR-MS bietet die höchstmögliche "chemische Auflösung" für organische Moleküle in Bodenlösungen, während Mikrosaugkerzen das dynamischste Kompartiment in der Rhizosphäre mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung erfassen. Darüber hinaus werden wir Methoden der bildgebenden Massenspektrometrie entwickeln, die die räumliche Auflösung erweitern und gleichzeitig molekulare Informationen erhalten. Diese einzigartige Kombination modernster Methoden in der Rhizosphärenforschung wird unser Verständnis von Kohlenstoffflüssen über reine Bilanzen hinaus erweitern und helfen, wichtige Einflussfaktoren auf die Ausbildung der Rhizosphäre zu identifizieren und ihre Auswirkungen auf chemische Gradienten zu bewerten.Die Untersuchung der räumlich-zeitlichen Dynamik der zigtausenden organischen Komponenten in noch nie dagewesenem Detail wird wertvolle Einblicke in die Selbstorganisation und Resilienz der Rhizosphäre geben, die Wissenslücke zwischen Wurzelexsudaten, Bodenchemie und mikrobieller Ökologie schließen, und den systemischen Ansatz des SPP maßgeblich unterstützen.Dieser Antrag fügt sich nahtlos in SPP-Projekte zur Kohlenstoffdynamik in Böden (z. B. Priming, Sequestration) und zur mikrobiellen Ökologie ein sowie in alle Projekte, die Methoden der chemischen Bildgebung und für stabile Isotope verwenden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2089: Rhizosphere Spatiotemporal Organisation - a Key to Rhizosphere Functions
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Thorsten Reemtsma