Wie Mikro­ben Pflan­zen vor Krank­heit schützen

Wie die Besie­de­lung von nütz­li­chen Pseu­do­mo­nas-Stäm­men vor deren schäd­li­cher bak­te­ri­el­ler Ver­wandt­schaft schützt: Das haben nun For­schen­de des Max-Planck-Insti­tuts für Bio­lo­gie Tübin­gen  her­aus­ge­fun­den. Ihre Stu­die, die jetzt in Natu­re Eco­lo­gy & Evo­lu­ti­on ver­öf­fent­licht wur­de, zeigt, dass die Koexis­tenz von gut­ar­ti­gen und krank­heits­er­re­gen­den Pseu­do­mo­nas-Bak­te­ri­en auf den Blät­tern des Modell­orga­nis­mus Ara­bi­d­op­sis tha­lia­na die Gesund­heit der Pflan­ze ver­bes­sert. Abhän­gig ist das genaue Aus­maß des Schutz­me­cha­nis­mus von den gene­ti­schen Eigen­schaf­ten sowohl der Pflan­ze als auch der Mikro­ben. Die Ergeb­nis­se könn­ten dazu bei­tra­gen, natür­li­che Alter­na­ti­ven zu syn­the­ti­schen Pes­ti­zi­den zu entwickeln.
Auf den Blät­tern von Pflan­zen leben Mikro­ben, ähn­lich wie auf der Haut oder im Darm des Men­schen. Die Besie­de­lung von Mikro­ben kann gesund­heits­för­der­lich sein, aber auch Krank­hei­ten ver­ur­sa­chen. Ein For­schungs­team um Or Shalev und Det­lef Weigel ver­folg­te das Ziel, die Vor­tei­le für die Pflan­ze bes­ser zu ver­ste­hen, wenn sowohl patho­ge­ne als auch soge­nann­te kom­men­sa­le Pseu­do­mo­nas-Stäm­me auf den Blät­tern von Ara­bi­d­op­sis tha­lia­na koexis­tie­ren. Kom­men­sa­len sind Mikro­ben, die auf Orga­nis­men leben und ent­we­der posi­ti­ve oder neu­tra­le Aus­wir­kun­gen auf den Wirt haben. Unter­sucht wur­de ins­be­son­de­re wel­chen Effekt die Kom­men­sa­len auf ihre schäd­li­chen Ver­wand­ten haben und wie sie dadurch ihre pflan­zen­schüt­zen­de Wir­kung entfalten.

“Das Ergeb­nis einer frü­he­ren Stu­die unse­rer Abtei­lung warf die Fra­ge auf, wie Pflan­zen Krank­heits­er­re­ger beher­ber­gen und den­noch gesund blei­ben kön­nen. In der Land­wirt­schaft wer­den vie­le Metho­den wie der Ein­satz von Pes­ti­zi­den oder der Beschnitt von Pflan­zen genutzt, um Krank­heits­er­re­ger los­zu­wer­den, daher ist es über­ra­schend zu beob­ach­ten, dass vie­le Wild­pflan­zen in Har­mo­nie mit ihren Erre­gern leben können.”
—  Or Shalev, Studienleiter

Unter mög­lichst natur­ge­treu­en Bedin­gun­gen infi­zier­ten die Wissenschaftler:innen eine Grup­pe von Pflan­zen nur mit Kom­men­sa­len, eine ande­re nur mit schäd­li­chen Erre­gern und eine drit­te Grup­pe mit einer Mischung aus gut­ar­ti­gen und krank­heits­er­re­gen­den Pseu­do­mo­nas-Stäm­men. Ziel war es, die Über­tra­gung der Bak­te­ri­en durch Wind und Regen zu simu­lie­ren und die Pflan­zen in der Erde und nicht in den typi­schen Anzucht­plat­ten anzu­bau­en. Mit Hil­fe der Metho­de des “Geno­me-Bar­co­ding“ konn­ten gene­tisch eng ver­wand­te Ver­tre­ter von­ein­an­der unter­schie­den werden.

Gene­ti­sche Varia­ti­on rele­vant: sowohl in der Pflan­ze als auch in den Bakterien

Das For­schungs­team beob­ach­te­te, dass die Besie­de­lung von kom­men­sa­len Pseu­do­mo­nas eine Immun­ant­wort der Pflan­ze sti­mu­lier­te, durch die das Wachs­tum ihrer ver­wand­ten Schäd­lin­ge unter­drückt wur­de. “Dies ist ein unge­wöhn­li­ches Ergeb­nis, da alle infi­zier­ten Bak­te­ri­en aus der­sel­ben Gat­tung stamm­ten und die­se Immun­re­ak­ti­on nur spe­zi­ell eine patho­ge­ne Linie adres­sier­te. Dar­über hin­aus umfass­te das Kom­men­sa­len-Kon­sor­ti­um eine Viel­zahl von Kom­men­sa­len­ar­ten, von denen jedoch kei­ne durch die Pflan­ze gehemmt wur­de. Dies ist ein wei­te­rer Beleg dafür, wie spe­zi­fisch die von der Pflan­ze ver­mit­tel­te Immun­ant­wort war”, betont Shalev.
Aller­dings konn­te die Abwehr der Erre­ger nicht in allen Pflan­zen nach­ge­wie­sen wer­den. Ob der Schutz vor patho­ge­nen Pseu­do­mo­nas funk­tio­niert, hängt sehr stark von den gene­ti­schen Eigen­schaf­ten sowohl der Pflan­ze als auch der auf ihr sie­deln­den Bak­te­ri­en ab. “Ein wei­te­rer wich­ti­ger Aspekt unse­rer Arbeit war die Fest­stel­lung und Beschrei­bung einer vor­han­de­nen kol­lek­ti­ven Schutz­wir­kung. Wir haben nicht ein­zel­ne Indi­vi­du­en als Akteu­re aus­ge­macht, son­dern eine Syn­er­gie des Kol­lek­tivs”, erklärt Shalev.

Aus­wir­kun­gen auf die Landwirtschaft

Die neu gewon­ne­nen Erkennt­nis­se könn­ten für die Land­wirt­schaft von gro­ßer Bedeu­tung sein. Noch müs­sen die Mecha­nis­men genau ver­stan­den wer­den, wie Pflan­zen im Ein­klang mit Krank­heits­er­re­gern zusam­men­le­ben kön­nen. Die Ergeb­nis­se aus Anschluss­stu­di­en könn­ten jedoch der Schlüs­sel zur Ent­wick­lung neu­ar­ti­ger Lösun­gen in der Land­wirt­schaft sein, um den Ein­satz syn­the­ti­scher Pes­ti­zi­de zu verringern.