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Liebe Deinen Feind: Wie Mikroben Pflanzen vor Krankheit sch├╝tzen

24.02.2022 Pressemitteilung

Forschende des Max-Planck-Instituts f├╝r Biologie T├╝bingen haben herausgefunden, wie die Besiedelung von n├╝tzlichen Pseudomonas-St├Ąmmen vor deren sch├Ądlicher bakterieller Verwandtschaft sch├╝tzt. Ihre Studie, die jetzt in Nature Ecology & Evolution ver├Âffentlicht wurde, zeigt, dass die Koexistenz von gutartigen und krankheitserregenden Pseudomonas-Bakterien auf den Bl├Ąttern des Modellorganismus Arabidopsis thaliana die Gesundheit der Pflanze verbessert. Abh├Ąngig ist das genaue Ausma├č des Schutzmechanismus von den genetischen Eigenschaften sowohl der Pflanze als auch der Mikroben. Die Ergebnisse k├Ânnten dazu beitragen, nat├╝rliche Alternativen zu synthetischen Pestiziden zu entwickeln.

 

Auf den Bl├Ąttern von Pflanzen leben Mikroben, ├Ąhnlich wie auf der Haut oder im Darm des Menschen. Die Besiedelung von Mikroben kann gesundheitsf├Ârderlich sein, aber auch Krankheiten verursachen. Ein Forschungsteam um Or Shalev und Detlef Weigel verfolgte das Ziel, die Vorteile f├╝r die Pflanze besser zu verstehen, wenn sowohl pathogene als auch sogenannte kommensale Pseudomonas-St├Ąmme auf den Bl├Ąttern 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 sch├Ądlichen Verwandten haben und wie sie dadurch ihre pflanzensch├╝tzende Wirkung entfalten.

"Das Ergebnis einer fr├╝heren Studie unserer Abteilung warf die Frage auf, wie Pflanzen Krankheitserreger beherbergen und dennoch gesund bleiben k├Ânnen", erkl├Ąrt Studienleiter Or Shalev. "In der Landwirtschaft werden viele Methoden wie der Einsatz von Pestiziden oder der Beschnitt von Pflanzen genutzt, um Krankheitserreger loszuwerden, daher ist es ├╝berraschend zu beobachten, dass viele Wildpflanzen in Harmonie mit ihren Erregern leben k├Ânnen", so Shalev weiter.

Unter m├Âglichst naturgetreuen Bedingungen infizierten die Wissenschaftler:innen eine Gruppe von Pflanzen nur mit Kommensalen, eine andere nur mit sch├Ądlichen Erregern und eine dritte Gruppe mit einer Mischung aus gutartigen und krankheitserregenden Pseudomonas-St├Ąmmen. Ziel war es, die ├ťbertragung 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 ÔÇťGenome-BarcodingÔÇť 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 Sch├Ądlinge unterdr├╝ckt wurde. "Dies ist ein ungew├Âhnliches Ergebnis, da alle infizierten Bakterien aus derselben Gattung stammten und diese Immunreaktion nur speziell eine pathogene Linie adressierte. Dar├╝ber hinaus umfasste das Kommensalen-Konsortium eine Vielzahl von Kommensalenarten, von denen jedoch keine durch die Pflanze gehemmt wurde. Dies ist ein weiterer Beleg daf├╝r, 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, h├Ąngt 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", erkl├Ąrt Shalev.

Auswirkungen auf die Landwirtschaft

Die neu gewonnenen Erkenntnisse k├Ânnten f├╝r die Landwirtschaft von gro├čer Bedeutung sein. Noch m├╝ssen die Mechanismen genau verstanden werden, wie Pflanzen im Einklang mit Krankheitserregern zusammenleben k├Ânnen. Die Ergebnisse aus Anschlussstudien k├Ânnten jedoch der Schl├╝ssel zur Entwicklung neuartiger L├Âsungen in der Landwirtschaft sein, um den Einsatz synthetischer Pestizide zu verringern.

(Quelle: Pressemitteilung MPI f├╝r Biologie T├╝bingen, Viola Brand)

 

Prof. Dr. Detlef Weigel ist Projektleiter im Exzellenzcluster "Controlling Microbes to Fight Infections" (CMFI). Dr. Or Shalev ist Postdoktorand in der CMFI-Nachwuchsgruppe von Dr. Christoph Ratzke "Complex Microbial Systems".

Verwandte Publikation:

Shalev O, Karasov TL, Lundberg DS, Ashkenazy H, Pramoj Na Ayutthaya P, Weigel D. Commensal Pseudomonas strains facilitate protective response against pathogens in the host plant. Nat Ecol Evol. 2022 Feb 24. (2022) doi: 10.1038/s41559-022-01673-7.

Wissenschaftlicher Kontakt

Prof. Dr. Detlef Weigel
Direktor, Abteilung f├╝r Molekularbiologie
Max-Planck-Institut f├╝r Biologie T├╝bingen

Tel: +49 179 6769032
E-Mail: detlef.weigel@tuebingen.mpg.de

Pressekontakt

Leon Kokkoliadis
Medien- und ├ľffentlichkeitsarbeit

Tel: +49 7071 29-74707
E-Mail: leon.kokkoliadis@uni-tuebingen.de

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