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Umweltbiotechnologie

Ein Bakterium beschützt den Reis

„Chinesische Kollegen haben in Feldstudien beobachtet, dass eine Langkornreiszüchtung auf einem Feld erkrankte und auf einem anderen nicht, obwohl überall das gleiche Pathogen vorkam“
„Chinesische Kollegen haben in Feldstudien beobachtet, dass eine Langkornreiszüchtung auf einem Feld erkrankte und auf einem anderen nicht, obwohl überall das gleiche Pathogen vorkam“(c) imago images/Imaginechina-Tuchong (via www.imago-images.de)
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Ein österreichisch-chinesisches Forschungsteam entdeckte, warum manche Pflanzen an einem Erreger erkranken und andere nicht.

Am Anfang der Forschung stand eine geheimnisvolle Entdeckung. „Chinesische Kollegen haben in Feldstudien beobachtet, dass eine Langkornreiszüchtung auf einem Feld erkrankte und auf einem anderen nicht, obwohl überall das gleiche Pathogen vorkam“, erzählt der an der TU Graz tätige Biotechnologe Tomislav Cernava. „Das konnte sich niemand erklären.“

Befällt Burkholderia plantariieine Pflanze in einem frühen Entwicklungsstadium, schädigt es den Keim: Er verfärbt sich gelb und stirbt ab, auch die Wurzeln verkümmern. In der ausgewachsenen Pflanze siedelt sich das Pathogen vor allem in den Samen an und gefährdet auch den Menschen: Es bildet Tropolen, einen Giftstoff, der zu Leberkarzinomen führen kann.

Zwei Jahre lang nahmen die chinesischen Wissenschaftler Tausende Proben und untersuchten diese mit konventionellen Methoden – ohne Erfolg. Schließlich begründeten sie eine Kooperation mit Cernava. „Das Ziel war, das Mikrobiom des Samens näher zu untersuchen: In jedem Samen lebt eine Vielzahl von Mikroorganismen“, schildert dieser seinen Forschungsfokus.

Nach weiteren zwei Jahren Forschungsarbeit zeigt das transkontinentale Forscherteam nun, dass die Pflanzen dann resistent sind, wenn im Inneren ihres Samens das Bakterium Sphingomonas melonis in großer Zahl vorkommt: „Es macht das Pathogen unschädlich“, erklärt Cernava.

Eine Premiere: Damit habe man erstmals gesehen, dass ein Bakterium im Samen eine solche Wirkung hat – ihre Erkenntnisse veröffentlichten die Forscher nun in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Nature Plants.

 

Ernteausfälle vermeiden

Cernava nutzte für seine Analyse die Hochdurchsatzsequenzierung, mit der sich Mikroorganismen bestimmen lassen: In einem aufwendigen Verfahren trennte er jedoch zunächst die DNA der Wirtspflanze von der des schützenden Bakteriums.

Das neue Wissen aus der Grundlagenforschung soll helfen, künftig auch andere Nutzpflanzen vor Krankheitserregern zu schützen und Ernteausfälle zu vermeiden, hofft Cernava. Der Biotechnologe geht davon aus, „dass weitere Pflanzen Bakterien in sich haben, die sie resistent machen“. Bis sich in der Landwirtschaft durch den gezielten Einsatz nützlicher Mikroorganismen chemische Pestizide ersetzen lassen, bedarf es aber noch weiterer Forschungsarbeit.

In einem neuen, vom Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projekt untersucht Cernava nun ab Februar mehrjährige Getreidepflanzen. Diese sind zwar ohnehin weniger auf intensive Behandlungen mit Pestiziden und künstlichen Düngern angewiesen als einjährige Kulturpflanzen, ihr Ertrag ist aber oft schlechter. Das Geheimnis, wie sich das ändern lässt, ergründet Cernava in den kommenden drei Jahren. (gral)

("Die Presse", Print-Ausgabe, 09.01.2021)