Holobiont-Prinzip: Weizen wird klimaresilient durch KI und Mikrobiom

WIEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Die Landwirtschaft steht vor der Herausforderung, den Einsatz von Stickstoffdünger zu reduzieren, um die Umweltbelastung zu verringern. Ein innovativer Ansatz, der das Holobiont-Prinzip mit maschinellem Lernen kombiniert, könnte Weizen klimaresilienter machen und gleichzeitig die Bodengesundheit fördern.

Die intensive Landwirtschaft ist auf Stickstoffdünger angewiesen, um die globale Nahrungsmittelversorgung sicherzustellen. Doch mehr als die Hälfte des jährlich ausgebrachten Stickstoffs geht ungenutzt verloren, was zu erheblichen Umweltproblemen führt. Die Reduktion dieser Verluste könnte nicht nur wirtschaftliche Vorteile bringen, sondern auch die menschliche Gesundheit verbessern und einen Beitrag zur Bewältigung des Klimawandels leisten.

Ein neuer Ansatz in der Pflanzenzüchtung, das sogenannte Holobiont-Prinzip, stellt die komplexen Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Bodenmikrobiomen in den Mittelpunkt. Dieses Konzept, das von Wolfram Weckwerth und seinem Team an der Universität Wien entwickelt wurde, könnte die Stickstoffdüngung erheblich reduzieren. Durch die Kombination mit maschinellem Lernen sollen neue Weizensorten entstehen, die widerstandsfähiger gegen den Klimawandel sind und zur Bodengesundheit beitragen.

Die Forschungsergebnisse, die in den Fachzeitschriften Plant Biotechnology und Trends in Plant Science veröffentlicht wurden, zeigen, dass die natürliche Variation der BNI-Aktivität (biologische Nitrifikationsinhibitoren) unter den untersuchten Weizensorten erheblich ist. Diese Variation ermöglicht es, Sorten auszuwählen, die besonders hohe BNI-Aktivität aufweisen und somit den Stickstoffverlust im Boden verringern können.

Wolfram Weckwerth betont, dass eine nachhaltige Verbesserung der Ertragsstabilität und Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen nicht allein auf die Pflanzen fokussieren sollte, sondern auch auf das Mikrobiom rund um Wurzeln und Blätter. Die Evolution der Pflanzen wird maßgeblich durch die Interaktion mit Mikroorganismen bestimmt, dennoch ist die Ökologie des Pflanzen-Holobionten auf molekularer Ebene kaum erforscht.

Das internationale Forscherteam, das von Weckwerth geleitet wird, hat ein neues Züchtungskonzept entwickelt, das die komplexen Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Bodenmikrobiomen ins Zentrum der Pflanzenzüchtung stellt. Unterstützt durch Partnerinstitutionen weltweit, kombiniert das Konzept Pflanzengenetik, Mikrobiomforschung und PANOMICS-Technologien, um hochdurchsatzfähige Daten zu erzeugen.

In Kombination mit Machine-Learning-Algorithmen eröffnet das eine vielversprechende Züchtungsplattform, um neue Weizenvarianten mit großem Potential, aber auch hoher Resilienz gegen Klimaveränderungen und erhöhter Bodengesundheit zu erzeugen. Das Holobiont-Konzept markiert damit einen Paradigmenwechsel: Es verbindet Ökologie, Systembiologie und Züchtungstechnologie und eröffnet neue Wege für eine ressourcenschonende Landwirtschaft.

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