Modifikation des Tomatensaat Mikrobioms für nachhaltige Produktion (MoToMi)

Die Tomate, eine Kulturpflanze aus der Familie der Nachtschattengewächse (Solanaceae), stammt ursprünglich aus Südamerika und wird seit sieben Jahrtausenden domestiziert und kultiviert. Diese langanhaltende Domestizierung führte zu den modernen Sorten die wir heute kennen. Während die Domestizierung darauf abzielte den Ertrag und den Geschmack zu verbessern, führte sie auch zum Verlust wichtiger Eigenschaften wie Stressresistenz und dem Verlust nützlicher pflanzenassoziierter Mikroorganismen. Mikroskopische und moderne Sequenzierungstechniken ermöglichen es uns heute komplexe Gemeinschaften von Mikroorganismen zu erforschen. Dies führte zur Entstehung von "Mikrobiomstudien" einem spezifischen Gebiet in der mikrobiellen Ökologie. Durch Mikrobiomstudien wurde deutlich, dass Pflanzen, einschließlich Tomaten, eine Vielzahl unterschiedlichster Mikroorganismen in verschiedenen Nischen beherbergen, wie z. B. in oberirdischen Pflanzenteilen (Phyllosphäre), wurzelassoziiertem Boden (Rhizosphäre), Phyllosphärenoberflächen (Epiphyllosphäre) und im Inneren von Pflanzengeweben (Endosphäre). Diese Mikroorganismen spielen eine entscheidende Rolle bei der Förderung des Pflanzenwachstums, sowie des Schutzes vor eindringenden Schädlingen und Pflanzenkrankheitserregern. Interessanterweise haben neuere Erkenntnisse gezeigt, dass Samen in ihrem Gewebe eine große Anzahl an Mikroorganismen (sogenannte Endophyten) beherbergen. Diese Mikroorganismen und ihre Gene bilden das Mikrobiom des Samens. Das Mikrobiom ergänzt das Wirtsgenom und wird oft als "sekundäres Genom des Wirts" bezeichnet. Samen erhalten ihr Mikrobiom vor allem über die Mutterpflanze und dieses gilt als die primäre Quelle des pflanzlichen Mikrobioms. Modifikationen des Samenmikrobioms haben das Potential die zukünftige Pflanze in ihrer Entwicklung positiv zu beeinflussen sowie ihre Resilienz gegenüber Umweltstress zu erhöhen ohne dafür genetische Modifikationen an der Pflanze vornehmen zu müssen. In diesem Projekt werden (i) neue Erkenntnisse über die Struktur und Funktion von Tomatensamen-Endophyten gewonnen; (ii) biotische und abiotische Faktoren, die das Saatgutmikrobiomformen, identifiziert;(iii) bakterielle Saatgutendophyten mit pflanzenwachstumsfördernden EigenschaftenundPotential für biologische Kontrolle von Pflanzenkrankheiten charakterisiert; und (iv) die chemischen Signale der Tomatenpflanzen, die zur Bildung eines nützlichen Pflanzen-/Samenmikrobioms beitragen, untersucht. Ergebnisse dieser Untersuchungen werden dazu beitragen, eine Strategie für die Bereitstellung nützlicher Bioprodukte und deren Monitoring über mehrere Pflanzengenerationen hinweg zu entwickeln. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt werden als Grundlage für den Einsatz von Saatgutendophyten in nachhaltigen landwirtschaftlichen Praktiken dienen, wie z.B. einer Reduzierung des Einsatzes synthetischer Pestizide. Wir betrachten Tomaten als ideales Modell für unsere Forschung wegen (i) ihrer globalen wirtschaftlichen und ernährungsphysiologischen Bedeutung, (ii) der starken Abhängigkeit des Ernteerfolgs von chemischen Additiven wie Düngemitteln und Pestiziden und (iii) der Verfügbarkeit von kuratierten Genomdaten sowie relevanten Mikrobiom- und Biokontrolldaten aus früheren Studien. Das Projekt wird im Rahmen eines vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) geförderten Schrödinger-Postdoc-Stipendiums in Zusammenarbeit mit der University of Southampton (Großbritannien) und der Technischen Universität Graz (Österreich) durchgeführt.