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Pflanzen geben Krankheitsresistenz an ihre Nachkommen weiter

Pressemitteilung vom 17. Januar 2012

Ein Forscherteam der Universität Neuenburg konnte zum ersten Mal aufzeigen, dass die Stimulierung der natürlichen Abwehrkräfte bei Pflanzen auch die Widerstandsfähigkeit ihrer Nachkommen verstärkt. Die zur Stimulierung dieser Resistenzen verwendeten Substanzen sind für die Umwelt unschädlich und ihre Anwendung ist denkbar einfach. Qualitäten also, welche sie für die Landwirtschaft zu besonders vielversprechenden Hilfsmitteln machen. Die im Rahmen des nationalen Forschungsschwerpunkts (NCCR) Plant Survival realisierte Arbeit ist kürzlich in der Fachzeitschrift Plant Physiology publiziert worden.
 
«Wir behandeln die Pflanzen mit diesen Substanzen, um ihre natürlichen Fähigkeit zur Stimulierung der eigenen Abwehrkräfte gegen Krankheitserreger zu erhöhen - eine bei Spezialisten unter der englischen Bezeichnung «priming» gut bekannte Methode», erklärt Brigitte Mauch-Mani, Forschungsdirektorin am Labor für Zell- und Molekularbiologie der Universität Neuenburg. «Diese Behandlungen wirken nicht direkt auf die Gene, sondern auf die Moleküle, die in der Umgebung der DNA angesiedelt sind. Es handelt sich hierbei folglich um ein epigenetisches Phänomen, oder anders gesagt, um eine indirekte und transitorische Modifikation der genetischen Information ohne Veränderung der DNA, die aber trotzdem auf die Folgegeneration übertragen wird.»
 
Die Experimente wurden an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) durchgeführt. Die Forscher haben die Reaktionen von Pflanzen miteinander verglichen, deren Abwehrmechanismen mit wässrigen Lösungen stimuliert wurden, welche entweder Beta-Aminobuttersäure (BABA) oder Suspensionen von nicht infektiösen Pseudomonas-Bakterien enthielten. Die Kontrollpflanzen wurden nur mit Leitungswasser gegossen. Im Verhältnis zu den Nachkommen der letztgenannten Pflanzengruppe zeigen die Folgegenerationen der «stimulierten» Ackerschmalwand-Exemplare eine bessere und schnellere Abwehr gegen falschen Mehltau sowie gegen ein pathogenes Bakterium. Ausserdem beobachteten die Forscher bei einigen Exemplaren eine raschere und höhere Anhäufung von Transkripten (Abschriften genetischer Information) von Genen, die mit Abwehr in Verbindung gebracht werden. Eine ähnlich gelagerte Untersuchung von Jurriaan Ton, Forscher an der Universität Sheffield (UK) und ehemaliger Postdoktorand des NCCR Plant Survival, ist im Übrigen zur selben Schlussfolgerung gelangt.
 
Dieser Mechanismus hat sich auch als wirksam gegen herbivore Insekten herausgestellt. In derselben Ausgabe der Zeitschrift Plant Physiology hat Sergio Rasmann, ein weiterer ehemaliger Mitarbeiter des NCCR Plant Survival, anlässlich seines Postdoc-Aufenthalts an der Universität Cornell (USA) beobachten können, dass eine Stimulation der Abwehrkräfte bei der Ackerschmalwand gegen Schadraupen während zwei Nachfolgegenerationen anhält. In diesem Fall wurde die Widerstandskraft mit der Anwendung von Methyljasmonat stimuliert, oder auch einfach, indem die Elternpflanzen dem Insektenfrass ausgesetzt wurden. Es zeigte sich, dass die Raupen, welche sich von Ackerschmalwandpflanzen ernährten, deren Eltern vorgängig einer Stimulation unterzogen worden waren, sich viel langsamer entwickelten und nur die Hälfte ihrer sonst üblichen Grösse erreichten.
 
«Diese Methode könnte es ermöglichen, den Einsatz von Pestiziden zu verringern», bemerkt Sergio Rasmann, der zurzeit an der Universität Lausanne arbeitet. «Denn indem der Eintrag von Pestiziden auf die Felder verringert wird, werden die Pflanzen stärker dem Frass von Schadinsekten ausgesetzt, und diese Verletzungen verstärken paradoxerweise die Widerstandskraft der Pflanze, welche sie an ihre Nachfolgegeneration weitergibt. Das ist eine interessante Strategie, von der diverse Kulturpflanzen profitieren könnten, da ähnliche Resultate bereits auch bei Tomaten erzielt worden sind.»
 
Die Schlussbemerkung von Brigitte Mauch-Mani: «Dieser natürliche Mechanismus bewirkt, dass sich die Pflanzen direkt an eine feindliche Umgebung anpassen können. Das Phänomen ist allerdings reversibel. Wird die zweite Generation nicht einer «Stimulierungsbehandlung» ausgesetzt, zeigen die Nachkommen eine stark verringerte Resistenz, welche schliesslich wieder zum Normalzustand der vorangehenden Generationen zurückkehren wird.»
 
All diese Argumente machen die Anwendung von Elizitoren, die Abwehrreaktionen auslösen, zu einem vielversprechenden Verfahren für eine nachhaltige und umweltschonende Landwirtschaft.

 

Dr. Brigitte Mauch-Mani
Universität Neuenburg
Labor für Zell- und Molekularbiologie
Tel. : +41 32 718 22 05
 


Stimulierung der Abwehr von Arabidopsis dank „priming“

 


Arabidopsis ohne Stimulierung der Abwehr