Mucilage ist ein gelartiges Polysaccharid, welches von wachsenden Wurzelspitzen sekretiert wird. Sie stellt einen großen Anteil der Maisrhizodeposite dar und nimmt wichtige physikalisch-chemische Funktionen in der Rhizosphäre wahr, so z.B. eine Erhöhung des Wassergehaltes in der Rhizosphäre. Da die Bodenfeuchtigkeit einen starken Einfluss auf die mikrobielle Aktivität hat, ist es wahrscheinlich, dass Mucilage rhizomikrobielle Funktionen reguliert. Auf Grund der hohen Feuchtigkeit und der Funktion als Kohlenstoffquelle bietet Mucilage, wie ein Biofilm, entlang der Wurzeln ein einzigartiges Habitat für Mikroorganismen. Bisher fokussierte sich die Mucilageforschung auf physikalische und chemische Eigenschaften in der Rhizosphäre. Die Konsequenzen für die rhizosphärische Mikrobiota und deren Funktionen wurde dabei weitestgehend vernachlässigt.

Meine zentrale Hypotheses ist, dass Mucilage durch durch ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften in der Rhizosphäre ein einzigartiges mikrobielles Habitat schafft aus dem essentielle Funktion der Rhizosphäre hervor gehen. Ich werde an der Etablierung einer neuen spezifischen Biomarkermethode zur Quantifizierung von Mucilage im Boden (mit LC-MS und LC-O-IRMS) arbeiten und mit Hilfe von rRNA Sequenzierung die Effekte von Mucilage auf die mikrobielle Aktivität aufzeigen. Des weiteren nehme ich an, dass Mucilage entlang der Wurzeln mit anderen rhizosphärischen Komponenten wie Wasser, Mineralstoffen, Exudaten, der Mikrobiota und der organischen Bodensubstanz wechselwirkt und somit rhizosphärische Funktionen koordiniert. Meine Hypothese lautet, dass die Wurzelzone in der maximale Exudation stattfindet von Mucilage umgeben ist. Dadurch wird die mikrobielle Aktivierung, welche die Wurzelexudate induzieren, verbessert. Eine Reihe von Methoden werden kombiniert um genannte Hypothesen zu testen, dazu gehören die Biomarkeranalyse der Mucilage, Sequenzierung von rRNA und mRNA (Metatranskriptomik) und die stabile Isotopenmarkierung. Diese Methoden werden veranschaulichen wie Mucilage und Exsudate zur Ausprägung der mikrobiellen Funktionen entlang der Wurzeln von Wildtypen, haarlosen und Benzoxazinoid-freien Maisvarietäten beitragen. Ich werde im Rahmen meiner Promotion auch versuchen erstmals die Fluoreszenzbildgebung zur Visualisierung von Mucilage (Mucilographie) zu entwicheln und diese mit der rhizosphärischen Wassergehaltsbildgebung (der Neutronenradiographie), der Rhizodepositvisualisierung (mittels 14C Bildgebung) und der Visualisierung von C und N mobilisierenden enzymatischen Aktivitäten (mittels Zymographie) zu kombinieren. Die Applikation stabiler Isotope (D2O) in einem Feldexperiment wird die Rolle von Mucilage für einen Schlüsselprozesse der Rhizosphäre, nämlich die Wasseraufnahme aufklären. Im Speziellen soll hier getestet werden, inwiefern unter Wasserknappheit die Mucilage das Austrocknen der Rhizosphäre verhindert und damit sowohl a) den Kontakt – die hydraulische Verbindung - zum Boden aufrecht erhält um weiterhin Wasseraufnahme zu ermöglichen und b) mikrobielle Funktionen wie z.B. die enzymatisch-gesteuerte Nährstoffmobilisierung aufrecht erhält.

Zusammenfassend wird dieses Promotionsprojekt eine neue Biomarkermethode für Mucilage entwickeln und die Mucilographie nutzen, um die Mechanismen, mit denen Mucilage die Funktionen mikrobieller Gemeinschaften und lokaler Wasserflüsse in der Rhizosphäre beeinflusst, aufzuklären. Die zentralen Prozesse der Rhizosphäre werden hierbei, unter der Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen rhizosphärischen Mikroorganismen und ihres durch Mucilage verbesserten Habitats betrachtet.