Verbesserte Stressresistenz und Phosphataufnahme durch Symbiose

Hintergrund und Ziele

Das Projekt wird zur Lösung der übergeordneten Frage beitragen, wie genetische Variabilität von Kulturpflanzen genutzt werden kann, um optimale Stressresistenz und Leistungssteigerungen durch Symbiose mit Bodenpilzen zu erzielen. Diese übergeordnete Frage wird anhand dreier untergeordneter Fragestellungen bearbeitet: 

  1. Gibt es Variation in der durch Symbiose vermittelten Stressresistenz und Phosphataufnahme zwischen europäischen Maisinzuchtlinien? 
  2. Welche Maislinie reagiert optimal? 
  3. Welche Genomabschnitte bedingen die quantitativen Unterschiede in der Stressantwort und können zur Züchtung optimierter Sorten herangezogen werden?

Laufzeit

bis

Untersuchungsregion/-raum

Land
  • Deutschland
Bundesland
  • Bayern

Schritte im Prozess zur Anpassung an den Klimawandel

Schritt 1: Klimawandel verstehen und beschreiben

Parameter (Klimasignale)
  • Hitzewellen
  • Trockenheit

Schritt 2a: Risiken erkennen und bewerten (Klimafolgen/-wirkungen)

Analyseansatz 

Die Landwirtschaft der Zukunft steht vor großen Herausforderungen, weil die schon jetzt spürbare und in Zukunft möglicherweise zunehmende Klimaveränderung zu einer Häufung von ungünstigen Wetterereignissen führen wird, welche Wachstum und Ertrag von Kulturpflanzen beeinträchtigen. Gleichzeitig ist eine Einsparung von Kunstdünger geboten, da das darin enthaltene Phosphat weltweit zur Neige gehen wird und die Auswaschung von Phosphaten aus Ackerböden die Umwelt belastet. Eine nachhaltige, zukunftsträchtige Landwirtschaft erfordert die Züchtung von Kulturpflanzensorten, welche sowohl stressresistent als auch Nährstoff-genügsam sind.

Schritt 2b: Vulnerabilität, Risiken und Chancen

Ansatz und Risiken / Chancen 

Die arbuskuläre Mykorrhiza (AM) ist eine weitverbreitete Symbiose zwischen Landpflanzen und speziellen Bodenpilzen. Diese Symbiose verbessert die Nährstoffaufnahme und Stressresistenz – insbesondere gegen ⁠Trockenstress⁠ – von Pflanzen. Arbuskuläre Mykorrhiza erhöht Kornertrag in einigen Maislinien unter Trockenstress und Phosphathunger. Untersuchungen zeigen, dass das Ausmaß der AM-abhängigen Leistungssteigerung der Pflanze, die sogenannte „AM-Responsivität“, von der Pflanzensorte abhängt. Die genetische Grundlage der AM-Responsivität ist derzeit unbekannt.

Im Projekt sollte die relativ gut erforschte genetische Vielfalt von Mais genutzt werden, um zur Selektion und Züchtung AM-optimierter Kulturpflanzensorten beizutragen. Hierfür wurde die AM-vermittelte Trockenstressresistenz, Phosphataufnahme und Leistungsfähigkeit von 16 europäischen Mais-Inzuchtlinien und Kontrollsorten in Feldversuchen und im Gewächshaus verglichen. Es zeigten sich individuelle Unterschiede in der AM-Responsivität sowohl zwischen den untersuchten Linien, als auch zwischen den Umwelten, und es konnten optimal AM-responsive Maissorten für die verschiedenen getesteten Standortbedingungen identifiziert werden. Dabei profitierten die Linien speziell unter Trockenstress- und niedrig Phosphat-Bedingungen deutlich von der Behandlung mit AM-Pilzen. Diese Unterschiede in der AM-Responsivität sollen in Zukunft genutzt werden, um Genomregionen herauszufiltern, welche für die quantitativen Unterschiede der AM-Responsivität verantwortlich sind. Die Kenntnis dieser Genomregionen kann zur gezielten Marker-gestützten Züchtung von Symbioseoptimierten Pflanzen genutzt werden. Arbuskuläre Mykorrhiza erhöht Kornertrag in einigen Maislinien unter Trockenstress und Phosphathunger. Die Antwort auf Mykorrhiza hängt vom Mais Genotyp ab. Die Variation in der Mykorrhiza-Antwort verspricht Möglichkeiten zur züchterischen Optimierung.  Das Experiment in der LemnaTec Anlage zeigte Unterschiede zwischen den Linien in der Mykorrhiza-aktivierten Wachstumsdynamik. 

Wer war oder ist beteiligt?

Förderung / Finanzierung 

Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz

Projektleitung 

Technische Universität München

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Handlungsfelder:
 Landwirtschaft