Einem Wissenschaftlerteam des Helmholtz Zentrums München ist ein weiterer Schritt gelungen, um Pflanzen für zukünftige Herausforderungen gegen steigenden Druck durch Krankheitserreger zu rüsten und somit zu besseren Ernteerträgen beizutragen. Dies kann erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit haben. Bedingt durch den Klimawandel wird der Krankheitsdruck auf Kulturpflanzen steigen. Daher ist es von größter Bedeutung, die pflanzliche Immunität zu verstehen und Wege zu finden, Pflanzen gegen Krankheiten zu stärken. Die Arbeit der Forschenden wurde kürzlich im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Ähnlich wie bei Tieren und Menschen "erinnert" sich das pflanzliche Immunsystem an frühere Angriffe von Krankheitserregern, was zu einer systemisch verbesserten Immunabwehr führt. Außerdem warnen sich Pflanzen gegenseitig bei drohender Gefahr über flüchtige Botenstoffe per Luftpost.
 
Nun hat Dr. Corina Vlot-Schuster, Institut für Biochemische Pflanzenpathologie (BIOP), zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der Abteilung Experimentelle Umweltsimulation (EUS) und der Mc-Master University, Kanada, dieses Verhalten genutzt, um Wege zu finden, eine Art gezielte Immunisierung einer ganzen Pflanzenpopulation zu erzeugen. Der Modellorganismus war in diesem Fall Acker-Schmalwand (Arabidopsis).

„Eine Stresssituation geht immer mit einer erhöhten Infektanfälligkeit einher“, erklärt Vlot-Schuster, Leiterin der Arbeitsgruppe Induzierte Immunität. „unser Ziel war es, die Pflanzen darauf vorzubereiten, sodass sie möglichst keine Infektion bekommen“. Damit wären Pflanzen wie zum Beispiel Gerste für die Anforderungen des Klimawandels erstmals besser gewappnet.

Die Forscher kopierten dafür das Verhalten der Pflanzen, flüchtige Botenstoffe als Vorwarnsystem zu nutzen. Im Ergebnis zeigte sich, dass systemische Immunsignale nicht nur innerhalb eines Organismus ablaufen, sondern ebenfalls zu einer Art ‚Flüsterpost‘ zwischen Pflanzen führten. Alle betroffenen Pflanzen aktivierten ihr Immunsystem und entließen ebenfalls flüchtige Botenstoffe. Auf diese Art setzte sich die Information über den Luftweg auch an weiter entfernte Sortgenossen fort, sodass zum Beispiel ein ganzes Getreidefeld gezielt geschützt werden könnte.

„Die Untersuchungen zeigten, dass es möglich ist, stärkere Abwehrreaktionen bei Pflanzen hervorzurufen und dies wie einen Multiplikator zu nutzen“, sagt Prof. Dr. Jörg-Peter Schnitzler, Leiter von EUS. So wäre es etwa denkbar, einen Bereich innerhalb eines Getreidefeldes mit Pflanzen zu bestücken, die flüchtige Warnstoffe verströmen. Dadurch würde sich die Immunität der Nachbarpflanzen um diese ‚Warninseln‘ herum erhöhen und somit ein Großteil der Pflanzen in der Umgebung auf eine Extrem- oder Stresssituation perfekt vorbereitet sein.

„Mit dieser Methode ließen sich Wege finden, um vor allem Nutzpflanzen ohne den Einsatz von Pestiziden für die Herausforderungen des Klimawandels robuster und anpassungsfähiger zu machen“, erläutert Marion Wenig, BIOP, Erstautorin der Studie. „Das wird unser nächster Ansatz, um den Ertrag von Nutzpflanzen, im speziellen Getreide, und deren Stabilität zu erhöhen“, fügt Vlot-Schuster hinzu.


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Quelle: Helmholtz Zentrum München (08/2019)


Publikation:
Marion Wenig et al. (2019): Systemic acquired resistance networks amplify airborne defense cues. Nature communications
Doi: 10.1038/s41467-019-11798-2