< 300,000 year standoff could be key to crop pathogen control

Ein seit 300.000 Jahren ausgeglichener Kampf liefert neue Ansätze zum Pflanzenschutz


Tübingen, 17. Juli 2018. Pathogene Bakterien können nicht nur Menschen, sondern auch Pflanzen befallen und in der Landwirtschaft zu ganzen Ernteausfällen führen. Forscher der Arbeitsgruppe von Detlef Weigel am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie haben nun herausgefunden, dass in natürlichen Ökosystemen die genetische Vielfalt sowohl der Wirtspflanze als auch des Pathogens deutlich größer und ihr Kampf dadurch ausgeglichener ist als in Pflanzenkulturen. Diese Mechanismen zu verstehen könnte in Zukunft dabei helfen, Ernteausfälle durch massenhaften Schädlingsbefall zu verhindern.

 Die Naturwissenschaftler erforschen, wie sich Pathogene in einem natürlichen Ökosystem, ohne den Einfluss gezielter Pflanzenzüchtung, entwickeln. Dafür besuchten sie drei Jahre lang jeden Herbst und Frühling mehrere Orte rund um Tübingen, an denen Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) wächst, und sammelten die Blätter des Wildkrauts. Von den Blättern isolierten sie Pseudomonas-Bakterien, ein in Wasser und auf Pflanzen häufig vorkommender Mikroorganismus. Das Ergebnis war auch für die Forscher überraschend: Sie konnten über eintausend verschiedenen Stämme des Bakteriums auf den Blättern nachweisen. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass nicht nur Pflanzen in ihrer natürlichen Umgebung eine größere Vielfalt zeigen, sondern auch die Schädlinge, deren Wirt sie sind. Diese Diversität könnte einen Schutz davor bieten, dass eine Pathogenlinie sich durchsetzt und eine ganze Pflanzenpopulation befällt.

 So fanden die Forscher eine ganz besonders verbreitete Pseudomonas-Linie an allen Orten, die sie untersuchten. Diese konnten sie in mehrere dutzend, wenn nicht hunderte Unterformen unterscheiden. Eine Altersbestimmung ergab, dass die Unterformen zum Teil bereits vor mehreren hunderttausend Jahren entstanden sind. Im natürlichen Ökosystem hat sich trotz dieser langen Zeit keine einzelne Bakterienform durchgesetzt – im Gegensatz zu Beobachtungen in Agrikultur.

 Die Studie, die in Zusammenarbeit mit dem Labor von Eric Kemen an der Universität Tübingen entstanden ist und kürzlich in Cell Host and Microbe veröffentlicht wurde, deutet auf ein fein abgestimmtes Gleichgewicht zwischen Wirtspflanze und Pathogen hin. Talia Karasov vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie war von den Ergebnissen selbst überrascht: „Wir waren überwältigt von der großen Vielfalt, die wir allein in diesem kleinen Gebiet fanden. Das machte uns sofort klar, dass wir hier nicht die gleichen Dynamiken beobachten wie in Kulturpflanzen. Unser Verständnis der Co-Evolution von Pflanze und Schädling war bisher von der Vorstellung bestimmt, dass eine einzelne Bakterienart sich an einen einzigen Wirt anpasst und dann die gesamte Population befällt. Jetzt wollen wir herausfinden, wie die Diversität, sowohl der Wirtspflanzen als auch der Keime, dazu führt, dass Mikroorganismen mal eine ganze Pflanzenkultur zerstören, und mal die Pflanze die Oberhand behält.“

 Die Originalpublikation zur Studie finden Sie hier: http://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(18)30323-8

©Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie