Modellpflanzen

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Molekulare Ansätze beschränken sich oft auf die Untersuchung möglichst einfach zu studierender Modellorganismen, bei den Pflanzen in erster Linie auf die Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana). Die unscheinbare Pflanze vermehrt sich schnell, läßt sich leicht transformieren und hat ein kleines Genom. Zwar besitzen alle Pflanzen sehr große genetische und biochemische Gemeinsamkeiten, für die Untersuchung der Arbuskulären Mykorrhiza eignet sich die Ackerschmalwand aber nicht: Als Vertreterin der Kreuzblütler läßt sich diese Pflanze nämlich nicht kolonisieren. Als Modellpflanzen für die molekulare Untersuchung dieser Symbiose wurden deswegen andere Pflanzen gewählt, die Hülsenfrüchtler Medicago truncatula und Lotus japonicus (Lotus japonicus handbook). Die meisten exprimierten Gene dieser beiden Pflanzen sind mittlerweile zumindest teilweise bestimmt und können über das Internet abgerufen werden (siehe zum Beispiel TIGR-Gen-Indices). Die Wurzeln beider Pflanzen können sowohl mit Arbuskulären Mykorrhizapilzen, als auch mit stickstofffixierenden Bakterien der Gattung Rhizobium (Wurzelknöllchen) eine Symbiose eingehen. Im Rahmen der Untersuchung dieser letztgenannten Symbiose werden die Pflanzen bereits intensiv bearbeitet, was ihren Wert für die Mykorrhizaforschung beträchtlich steigert.
Als weiteres Modellsystem zur Erforschung der Arbuskulären Mykorrhizasymbiosen dienen mykorrhizierte Wurzelkulturen (Mosse 1962, Mosse und Phillips 1971, Mosse und Hepper 1975, Hepper 1981, Bécard und Fortin 1988, Bécard und Piché 1989, Diop und Mitarbeiter 1992). Bei diesen Kulturen wachsen isolierte Wurzeln in einer Petrischale. Ein spezielles Nährmedium sorgt für die Ernährung der Wurzeln. Dieses System entspricht sicher nur in geringem Maße den natürlichen Bedingungen, trotzdem bilden sich bei Zusatz der Sporen eines Mykorrhizapilzes die natürlichen Symbiosestrukturen. Die kontrollierten Bedingungen erlauben Versuche, die unter natürlichen Verhältnissen schwer durchzuführen wären. Zum Beispiel entdeckten Nagahashi und Douds 1997 mit Hilfe mykorrhizierter Wurzelkulturen, dass die Mykorrhizapilze zur Ausbildung von Appressorien keine lebenden Pflanzenwurzeln benötigen, sondern lediglich geeignete Zellwandfragmente. Bei den mykorrhizierten Wurzelkulturen tauschen die Symbiosepartner Nährstoffe ähnlich wie in einer intakten Pflanze aus. Pfeffer und Mitarbeiter entdeckten 1999, dass der Pilz in der Wurzelkultur nicht in der Lage ist, Kohlenhydrate selbständig aus dem Medium aufzunehmen, sondern der Vermittlung durch die Pflanzenwurzel bedarf. Die Glukose, die der Pilz von der Pflanze erhält, baut er daraufhin entweder in Trehalose (Transportform) oder in Lipide (Speicherform) um (Bago und Mitarbeiter 2002).
Medicago truncatulaMedicago-BlüteLotus japonicusLotus-Blüte