Verbesserung der Pflanzenpilzresistenz

Um genügend Nahrung für eine rasch wachsende Weltbevölkerung sicherzustellen, müssen Kulturpflanzen auf immer weniger Fläche mehr Ertrag bringen. Die Erträge können erhöht werden, indem Nutzpflanzen widerstandsfähiger gegen Schädlinge und Krankheitserreger und weniger anfällig für vom Klimawandel ausgehende Umweltbelastungen werden.

Das EU-geförderte Projekt DURABLE RESISTANCE (Understanding factors affecting durability of crop resistance genes) verwendete Raps und ein Pilzpathogen als Modell, um zu verstehen, wie Krankheitsresistenz in Kulturpflanzen abnimmt.

In einer evolutionären Verteidigungs- und Gegenverteidigungsstrategie haben Pflanzen und Pilze zusammen passenden Gene entwickelt, mit denen Pilze angreifen und Pflanzen sich vor Krankheiten schützen können. Zum Beispiel haben Pilze Avirulenz (AVR)-Gene, die Proteine mit der Bezeichnung Effektoren produzieren, die dem Pilz ermöglichen, eine Pflanze zu infizieren.

Gleichzeitig haben Pflanzen Resistenzgene (R) entwickelt, die das entsprechende AVR-Gen erkennen, um das Abwehrsystem der Pflanze auszulösen. Indem sie ihre AVR-Gene schnell verändern, können Pilze der Erkennung durch die R-Gene der Pflanze entgehen und so die Resistenz der Pflanze überwinden.

Dies geschah 2003 in australischen Raps-Kulturen, als das Land einen großflächigen Zusammenbruch des Abwehrsystems während einer Pilz-Epidemie erlebte. Bei der Untersuchung der Genetik des die Resistenz durchbrechenden Pilzes entdeckten Forscher, dass Mutationen an ihren AVR-Genen den Erreger "unsichtbar" für die pflanzeneigenen Abwehrkräfte gemacht haben.

Um einem solchen Zusammenbruch entgegenzuwirken, zeigte DURABLE RESISTANCE, dass der Widerstand durch Zugabe von sekundären kleineren R-Genen während der Entwicklungsphase verbessert werden kann. Diese kleineren Gene allein haben keinen Effekt auf den Widerstand, verhindern aber, dass der Pilz einen Weg entwickelt, den Widerstand des R-Gens zu brechen.

Die Forscher stellten auch fest, dass sich die Umgebung auf Haltbarkeit und Stabilität des Widerstands auswirkt. In einer sich erwärmenden Welt ist es besorgniserregend, das R-Gene bei hohen Temperaturen weniger effektiv werden, während Pilz-Effektoren die Wirtsabwehr besser unterdrücken können.

Schließlich entdeckte DURABLE RESISTANCE Proteine, die an Pilz-Effektoren binden und womöglich in Zuchtprogrammen verwendet werden können, um die Resistenz in Raps und andere Pflanzen zu verbessern. Die Arbeit des Projekts wird dazu beitragen, zukünftige Pilzbefalle an Kulturpflanzen zu verhindern.