Pressemitteilung

Immunität bei Pflanzen
27.08.2019

Pflanzen per Luftpost immunisieren

Einem Wissenschaftlerteam des Helmholtz Zentrums München ist ein weiterer Schritt gelungen, um Pflanzen für zukünftige Herausforderungen gegen steigenden Druck durch Krankheitserreger zu rüsten und somit zu besseren Ernteerträgen beizutragen. Dies kann erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit haben. Bedingt durch den Klimawandel wird der Krankheitsdruck auf Kulturpflanzen steigen. Daher ist es von größter Bedeutung, die pflanzliche Immunität zu verstehen und Wege zu finden, Pflanzen gegen Krankheiten zu stärken. Die Arbeit der Forschenden wurde kürzlich im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

© Helmholtz Zentrum München

Ähnlich wie bei Tieren und Menschen "erinnert" sich das pflanzliche Immunsystem an frühere Angriffe von Krankheitserregern, was zu einer systemisch verbesserten Immunabwehr führt. Außerdem warnen sich Pflanzen gegenseitig bei drohender Gefahr über flüchtige Botenstoffe per Luftpost.
 
Nun hat Dr. Corina Vlot-Schuster, Institut für Biochemische Pflanzenpathologie (BIOP), zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der Abteilung Experimentelle Umweltsimulation (EUS) und der Mc-Master University, Kanada, dieses Verhalten genutzt, um Wege zu finden, eine Art gezielte Immunisierung einer ganzen Pflanzenpopulation zu erzeugen. Der Modellorganismus war in diesem Fall Acker-Schmalwand (Arabidopsis).

„Eine Stresssituation geht immer mit einer erhöhten Infektanfälligkeit einher“, erklärt Vlot-Schuster, Leiterin der Arbeitsgruppe Induzierte Immunität. „unser Ziel war es, die Pflanzen darauf vorzubereiten, sodass sie möglichst keine Infektion bekommen“. Damit wären Pflanzen wie zum Beispiel Gerste für die Anforderungen des Klimawandels erstmals besser gewappnet.

Die Forscher kopierten dafür das Verhalten der Pflanzen, flüchtige Botenstoffe als Vorwarnsystem zu nutzen. Im Ergebnis zeigte sich, dass systemische Immunsignale nicht nur innerhalb eines Organismus ablaufen, sondern ebenfalls zu einer Art ‚Flüsterpost‘ zwischen Pflanzen führten. Alle betroffenen Pflanzen aktivierten ihr Immunsystem und entließen ebenfalls flüchtige Botenstoffe. Auf diese Art setzte sich die Information über den Luftweg auch an weiter entfernte Sortgenossen fort, sodass zum Beispiel ein ganzes Getreidefeld gezielt geschützt werden könnte.

„Die Untersuchungen zeigten, dass es möglich ist, stärkere Abwehrreaktionen bei Pflanzen hervorzurufen und dies wie einen Multiplikator zu nutzen“, sagt Prof. Dr. Jörg-Peter Schnitzler, Leiter von EUS. So wäre es etwa denkbar, einen Bereich innerhalb eines Getreidefeldes mit Pflanzen zu bestücken, die flüchtige Warnstoffe verströmen. Dadurch würde sich die Immunität der Nachbarpflanzen um diese ‚Warninseln‘ herum erhöhen und somit ein Großteil der Pflanzen in der Umgebung auf eine Extrem- oder Stresssituation perfekt vorbereitet sein.

„Mit dieser Methode ließen sich Wege finden, um vor allem Nutzpflanzen ohne den Einsatz von Pestiziden für die Herausforderungen des Klimawandels robuster und anpassungsfähiger zu machen“, erläutert Marion Wenig, BIOP, Erstautorin der Studie. „Das wird unser nächster Ansatz, um den Ertrag von Nutzpflanzen, im speziellen Getreide, und deren Stabilität zu erhöhen“, fügt Vlot-Schuster hinzu.

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Originalpublikation:
Marion Wenig et al. (2019): Systemic acquired resistance networks amplify airborne defense cues. Nature communications
Doi: 10.1038/s41467-019-11798-2

Die integrierte Abteilung Experimentelle Umweltsimulation (EUS) forscht im Bereich der molekularen Ökophysiologie von Pflanzen und Biosystemen und untersucht dabei vor allem die biologischen und ökologischen Funktionen von ausgestoßenen flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs). Als Forschungsplattform verfügt EUS über technisch exzellent ausgestatte Simulationsanlagen, die realistisch und reproduzierbar verschiedene Umweltbedingungen schaffen können. So können unter experimentellen Bedingungen die Auswirkungen von Umweltparametern auf das gesamte beteiligte Ökosystem untersucht werden. 

Der Schwerpunkt der Forschungsarbeit des Instituts für Biochemische Pflanzenpathologie (BIOP) liegt auf der Untersuchung molekularer Mechanismen, die Pflanzen nutzen, um sich an ihre Umgebung anzupassen. Dazu gehören genetische und biochemische Prozesse, die Wachstum, physiologischen Zustand und Abwehrmechanismen der Pflanzen steuern. Ziel der Forschung ist es, die Grundlagen und Mechanismen der Interaktion zwischen Pflanzen und ihrer Umwelt besser zu verstehen und nachhaltige Strategien für den Anbau und die Nutzung von Pflanzen zum Schutz der natürlichen Ressourcen zu entwickeln. BIOP gehört dem Department of Environmental Sciences an.

Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus, Allergien und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.500 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 19 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 37.000 Beschäftigten angehören. 

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