Forscher der Universität Aarhus in Dänemark haben neue Erkenntnisse zu den Mechanismen der Stickstofffixierung bei Pflanzen gewonnen. Diese eröffnen die Möglichkeit, die Abhängigkeit von Nutzpflanzen wie Weizen und Mais von Kunstdünger zu verringern. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *Nature* veröffentlicht.

Die Studie wurde von Kaspar Roykeal Andersen und Simone Radutoyo, Professoren für Molekularbiologie an der Universität Aarhus, geleitet. Radutoyo erklärte: „Dies ist eine bemerkenswerte und wichtige Entdeckung.“ Dem Forschungsteam gelang es, einen zentralen molekularen Mechanismus zu identifizieren, der die symbiotische Beziehung zwischen Pflanzen und stickstofffixierenden Bakterien steuert und durch zwei spezifische Aminosäuren in pflanzlichen Wurzelproteinen reguliert wird.

Bislang besitzen nur Hülsenfrüchte die Fähigkeit, eine Symbiose mit stickstofffixierenden Bakterien einzugehen, die atmosphärischen Stickstoff in für die Pflanze aufnehmbare Nährstoffe umwandeln. Das Forschungsteam nutzte Gentechnik, um die japanische Lotusblume zu verändern und zeigte, dass die Pflanze durch die Anpassung zweier Aminosäuren in einer bestimmten Proteinregion einen symbiotischen Prozess in Gang setzen kann. Roykeal Anderson erklärte: „Wir können nun einen Rezeptor aus Gerste extrahieren, ihn minimal verändern, und schon funktioniert die Stickstofffixierung wieder – das ist wirklich bemerkenswert.“

Diese Forschung zur Stickstofffixierung in Pflanzen legt den Grundstein für die Entwicklung neuer Nutzpflanzensorten. Die Forscher entdeckten, dass die Region des „Symbiotic Determinant 1“ in pflanzlichen Wurzelproteinen wie ein Schalter fungiert und bestimmt, wie Pflanzen auf bakterielle Signale reagieren. Radutoyo erklärte weiter: „Wir haben gezeigt, dass zwei kleine Veränderungen das Verhalten von Pflanzen an einem entscheidenden Punkt verändern können – von der Abstoßung von Bakterien hin zur Kooperation mit ihnen.“

Die Herstellung von Kunstdünger verbraucht etwa 2 % der weltweiten Energie und verursacht entsprechende CO₂-Emissionen. Die Übertragung der Stickstofffixierungskapazität von Leguminosen auf wichtige Getreidearten würde die Abhängigkeit der Landwirtschaft von chemischen Düngemitteln deutlich verringern. Forscher weisen jedoch darauf hin, dass die Erreichung dieses Ziels noch die Überwindung mehrerer technologischer Hürden erfordert. Radutoyo betonte: „Wir müssen zunächst andere Schlüsselfaktoren finden. Derzeit können nur sehr wenige Nutzpflanzen eine Symbiose eingehen. Gelingt es uns, diese Technologie auf weit verbreitete Nutzpflanzen auszuweiten, können wir den Einsatz von Stickstoffdünger tatsächlich und signifikant reduzieren.“

Weitere Informationen: Simona Radutoiu, „Zwei Aminosäurereste programmieren einen Immunrezeptor für die Stickstofffixierungssymbiose um“, *Nature* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Nature*