Phosphor (P) ist ein wichtiger pflanzlicher Makronährstoff, der a Begrenzungsfaktor für das Pflanzenwachstum in vielen Teilen der Welt. Pflanzenanpassungen an die P-Limitierung umfassen die wurzelmorphologische Anpassung, physiologische Veränderungen wie Wurzelexsudate zur Verbesserung der P-Mobilität und die Zusammenarbeit mit arbuskulären Mykorrhizapilzen (AMF). Eine wichtige morphologische Anpassung für die P-Aufnahme ist das Wachstum von Wurzelhaaren. Diese kleinen Vorsprünge von epidermalen Zellen der Wurzel vergrößern die Oberfläche der Wurzel und können zu einer signifikant erhöhten Biomasse und einem P-Gehalt des Sprosses führen. In ähnlicher Weise vergrößern Mykorrhiza-Hyphen effektiv die Wurzeloberfläche sowie die Reichweite, was zu einer erhöhten P-Aufnahme führt.

Beide Lösungen sind mit Kosten für die Pflanze verbunden, obwohl der Preis für die AM-Kolonisierung es ist viel höher, bei bis zu 15-20% des photosynthetischen Kohlenstoffs der Pflanze. Lohnen sich also die höheren Kosten für die Unterstützung von Mykorrhizapilzen im Vergleich zu Wurzelhaaren unter P-Mangelbedingungen?

In einem neuen Artikel, erschienen in Annals of Botany, Hauptautor Xiaomin Ma und Kollegen haben sich dieser Frage angenommen. Sie verwendeten zwei genetisch sehr ähnliche Maislinien – eine Wildform mit Wurzelhaaren und eine Mutante ohne –, um die zu quantifizieren relative Beiträge von AMF Kolonisation und Wurzelhaare bei der Unterstützung der P-Aufnahme unter Mangelbedingungen. Die Forscher untersuchten auch, inwieweit eine AMF-Infektion verschiedene morphologische und physiologische Faktoren in den Maispflanzen beeinflusst, einschließlich der Expression von Symbiose-assoziierten Genen.

Die Autoren fanden heraus, dass die AMF-Kolonisierung zu signifikanten Verbesserungen sowohl des Pflanzenwachstums als auch der P-Aufnahme führte und dass die Verbesserungen größer waren als die durch das Vorhandensein von Wurzelhaaren erzielten. Auch die Spross-P-Konzentration wurde durch die AMF-Besiedlung massiv verbessert. Dies führte zu einem stärkeren Wachstum, was wiederum eine weitere P-Aufnahme sowohl über Hyphen als auch über Wurzeln ermöglichte. Die wurzelhaarlose Mutante erfuhr im Vergleich zu Pflanzen mit Wurzelhaaren sowohl eine stärkere Besiedelung als auch ein höheres Expressionsniveau von Mykorrhizae-spezifischen Genen. Insgesamt profitierte die haarlose Wurzelmutante mehr von der Anwesenheit von AMF als die Wildtyppflanzen, was darauf hindeutet, dass die beiden Strategien etwas antagonistisch sind. Tatsächlich wurde gezeigt, dass die Wurzelhaarlänge und die AMF-Kolonisierung bei einer Reihe von Pflanzenarten umgekehrt korreliert sind. „Unsere Daten stimmen mit der allgemeinen Annahme überein, dass Wurzelhaare und AMF-Inokulation zwei alternative Wege sind, um die Aufnahme von [Phosphor] bei P-Mangel zu erhöhen, aber diese beiden Strategien konkurrieren miteinander und Wurzelhaare können den Mangel an AMF in Mais nicht kompensieren. “ schreiben die Autoren.