15.07.2015 - BOKU-ForscherInnen entdecken neuen Mechanismus der Nitrat-Regulation


Bodenpilze spielen bei der Speicherung von Stickstoff eine wichtige Rolle und tragen damit wesentlich zur Verhinderung von klima- und gewässerschädigenden Emissionen bei. Die Pilzgenetik-Forschungsgruppe um BOKU-Professor Joseph Strauss hat jetzt einen vollkommen neuen molekularen Mechanismus entdeckt, wie Nitrat im Boden von den Pilzen aufgespürt und biologisch gespeichert werden kann. Die Arbeit wurde soeben im renommierten Genetik-Journal „PLOS-Genetics“ publiziert (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26132230).

Die Speicherfähigkeit unserer Böden für Nitrat und andere Formen von Stickstoff ist in natürlichen Ökosystemen enorm und vor allem in der landwirtschaftlichen Produktion eine essentielle ökologische und wirtschaftliche Komponente. Umweltgerechte, nachhaltige landwirtschaftliche Produktion kann nur mit einem guten Stickstoffmanagement erreicht werden.

Die Forschungsgruppe um Joseph Strauss beschäftigt sich seit Jahren mit der biologischen Stickstoff-Speicherung im Boden und gehört damit zu den weltweit führenden in der Aufklärung der Rolle von Bodenpilzen und ihren Stoffwechselprodukten (Enzyme, Toxine, epigenetische Regulatoren). Gemeinsam mit der Gruppe von Markus Gorfer vom Health and Environment Department des Kooperationspartners AIT am Bioressourcen Campus Tulln  haben die WissenschafterInnen über die letzten Jahre hinweg Bodenpilze vor allem in landwirtschaftlichen Böden mit molekularen Methoden inventarisiert und die Rolle dieser Organismen, die ein riesiges zelluläres Netzwerk im Boden bilden, bei der Fixierung von Nitrat untersucht (Publikationen und Referenzen z.B. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21562596). Diese im Boden dominierende Form des frei verfügbaren Nitrat-Stickstoffs stammt  zum Teil aus natürlichen Umsetzungsprozessen im Boden und aus organischen Düngern; bei der  intensiven Landwirtschaft zum Großteil von synthetischen Düngemitteln. Alle diese Arbeiten haben beweisen können, dass Bodenpilze bei der Stickstoffspeicherung in allen Ökosystemen eine zentrale Rolle übernehmen sofern die Böden über ausreichend Humus  verfügen. Eine  Balance im C:N Zyklus ist also eine der Voraussetzungen, um die enormen Emissionen von klimaschädlichen Stickstoff-Oxiden (z.B. Lachgas) und die Verunreinigung von Gewässern mit Nitraten und anderen Düngemitteln zu minimieren.

Die aktuelle Arbeit, die in der Juli Ausgabe der führenden Genetik Zeitschrift „PLOS-Genetics“ erschienen ist, beschreibt einen neuen molekularen Mechanismus anhand des Modells Aspergillus nidulans: Wie es diese Bodenpilze schaffen, die Anwesenheit von Nitrat im Boden bzw. in ihrer Umgebung zu entdecken und dieses Signal so umwandeln, dass es für die Produktion jener Enzyme genutzt werden kann, die Nitrat in Aminosäuren umwandeln und damit biologisch speichern können. Es konnte in dieser Arbeit  ein regulatorischer Bereich des Signalgebers (Transkriptionsfaktors) identifiziert werden, der durch die Anwesenheit von Nitrat oxidativ verändert und dadurch umgefaltet wird - sodass er von einer inaktiven in eine aktive Form übergeht. Die Resultate dieser Studie, die unter Mitwirkung von BiochemikerInnen der Universität Graz (Bernd Gesslbauer und Andreas Kungl, pharmazeutische Chemie) und des Leibniz Forschungsinstitutes in Jena (Deutschland) durchgeführt wurden, verbessern das Verständnis der Zusammenhänge im Stickstoff-Zyklus. Das exakte Wissen um die Rolle von verschiedenen Organismengruppen bei diesem wichtigen biologischen Speicherprozess kann in der praktischen Umsetzung zu einer Verbesserung der Düngemitteleffizienz genutzt werden. Außerdem unterstreichen diese Ergebnisse wieder einmal die Bedeutung des Humus und der Kohlenstoffversorgung unserer Böden für die Erhaltung dieser essentiellen natürlichen Ressource.

Website der Abteilung „Mikrobielle Genetik und Pathogeninteraktionen“ des Department für Angewandte Genetik und Zellbiologie am Standort Tulln: http://www.dagz.boku.ac.at/mgpi/

Kontakt / Rückfragen:
Univ.-Prof. Dr. Joseph Strauss
Universität für Bodenkultur Wien
Department für Angewandte Genetik und Zellbiologie (DAGZ)
Universitäts- und Forschungszentrum Tulln (UFT)
Konrad Lorenz Straße 24, A-3430 Tulln an der Donau
Tel.: +43-1-47654-6720
joseph.strauss@boku.ac.at