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.