05.06.2019
Forscher des IPB identifizierten Gen gegen Wurzelfäule in Schneckenklee
Die blaue Färbung zeigt an, wie aktiv das identifizierte Abwehr-Gen in den Wurzelzellen abgelesen wird. Zwei Stunden nach der Infektion wurde das Gen deutlich stärker abgelesen. Der schwarze Balken entspricht 100 µm. Bild nach Yadav et al.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie konnten in der Modellpflanze Medicago truncatula (Gestutzter Schneckenklee) ein Gen identifizieren, das eine Schlüsselrolle bei der Abwehr von Krankheitserregern spielt, die bei Pflanzen Wurzelfäule verursachen. Die Studie wurde in Kooperation mit Forschern aus Cambridge und Potsdam in Plant Physiology veröffentlicht und liefert wichtige Erkenntnisse für die Landwirtschaft.
Wurzelfäule ist in den USA und Europa für große Ernteeinbußen bei Hülsenfrüchten, wie Erbsen und Bohnen, verantwortlich. Verursacht wird die Krankheit durch den mikrobiellen Erreger Aphanomyces euteiches. Um sich effektiv vor Krankheitserregern zu schützen, haben Pflanzen verschiedene Strategien entwickelt. Sobald die Pflanze den ‚molekularen Fingerabdruck‘ eines Erregers erkannt hat, wird ein Spektrum an Abwehrreaktionen aktiviert.
Die Forscher konnten im Schneckenklee als Modellpflanze ein Gen identifizieren, das in den Wurzeln nach Infektion mit dem Schädling bis zu 100-fach hochreguliert wurde. Dieses Gen codiert für ein Protein, das gleich mehrere unterschiedliche Terpene synthetisieren kann. Terpene sind flüchtige und langkettige Kohlenwasserstoffe und spielen als pflanzliche Sekundärmetabolite oft eine Rolle bei der Abwehr von Fraßfeinden oder Krankheitserregern.
Um den Zusammenhang zwischen Infektion und Abwehrreaktion der Wirtspflanze weiter zu untersuchen, zeigten die Wissenschaftler, dass Schneckenklee-Mutanten in denen das Gen künstlich deaktiviert wurde, anfälliger gegenüber dem Erreger waren. Die Reaktion ließ sich zudem spezifisch auf die Infektion zurückführen und wurde nicht etwa durch tote Erreger oder abiotische Faktoren, wie Salz- oder Trockenstress, ausgelöst.
Außerdem wurde das Gen isoliert und gentechnisch in Hefepilze übertragen. Die Hefezellen waren daraufhin in der Lage verschiedene Terpene zu produzieren, die bereits in geringen Konzentrationen das Wachstum und die Entwicklung des Krankheitserregers hemmten. Daraus erwächst ein großes Potenzial für die biotechnologische Produktion dieser bioaktiven Substanzen zur Abwehr von Pflanzenkrankheiten.
Zukünftig wollen die Forscher untersuchen, wie bestimmte Terpene in der Pflanze modifiziert werden, um Erreger gezielt abzuwehren. Ein besseres Verständnis der biologischen Wirkungsweise von Terpenen kann dazu beitragen, Krankheiten wie zum Beispiel die Wurzelfäule in der Landwirtschaft besser bekämpfen zu können.
Originalpublikation:
Heena Yadav, Dorothée Dreher, Benedikt Athmer, Andrea Porzel, Aleksandr Gavrin, Susanne Baldermann, Alain Tissier, Bettina Hause (2019) Medicago TERPENE SYNTHASE 10 is involved in defense against an oomycete root pathogen, Plant Physiology, pp.00278.2019. doi: 10.1104/pp.19.00278
