04. 01. 2018

Neuer Ansatz im Pflanzenschutz

Ein internationales Forscherteam hat unter der Leitung der Universität Tübingen die Wirkungsweise eines Giftstoffs entschlüsselt, der bei Pflanzenkrankheiten wie Botrytis eine wichtige Rolle spielt. Die Beteiligten sehen darin eine Chance auf die Entwicklung neuer biologischer Pflanzenschutzmittel und Herbizide. 

Der toxisch wirkende Stoff, ein Cytolysin, wird von Krankheitserregern wie Bakterien oder Pilzen produziert und kann zur Vernichtung ganzer Ernten führen, wenn nicht mit Pflanzenschutzmitteln gegengehalten wird. Die Ergebnisse der Studie, an der neben den Tübinger Forschern weitere internationale Kooperationspartner beteiligt waren, bieten das Potenzial, viele Nutzpflanzen in Zukunft besser vor Krankheitserregern zu schützen.

Toxin Cytolysin führt zu irreparablen Zellschäden

Cytolysin wird von verschiedenen Krankheitserregern produziert, wie zum Beispiel von Phytophthora infestans. Die von ihm ausgelöste Kartoffelfäule vernichtet innerhalb kürzester Zeit die infizierte Pflanze samt den Kartoffelknollen. „Ziel des Erregers ist es, Pflanzenzellen zu töten, um sich anschließend von totem Gewebe ernähren zu können“, erklärt Dr. Isabell Albert von der Universität Tübingen. Zu diesem Zweck durchlöchert das Cytolysin die Membran der Pflanzenzellen und schädigt diese damit irreparabel. Die betroffenen Zellen sterben ab.

Phytophthora infestans ist aber nicht der einzige Erreger, der sich dieser Wirkungsweise bedient, erklärt Albert. Auch der gefürchtete Botrytis-Pilz setzt das Cytolysin ein. Unklar war allerdings bislang, warum das Gift manche Pflanzenarten aggressiv schädigt, während es anderen Arten nichts anhaben kann. „Beispielsweise werden die Zellen aller Getreidearten von dem Cytolysin nicht zerstört“, sagte die Tübinger Biologin. „Erreger, wie die Krautfäule bleiben daher bei Getreide unschädlich.“

Erkenntnis über Wirkungsweise als Chance für die Entwicklung natürlicher Herbizide

Die Wissenschaftler konnten nun zeigen, dass die Empfindlichkeit gegenüber dem Cytolysin von einem Rezeptor der Pflanzenzelle abhängt, der sich bei verschiedenen Pflanzengruppen deutlich voneinander unterscheidet. Es handelt sich um eine Molekülkette aus Kohlehydraten und Fetten, die bei Pflanzen wie Kartoffeln oder Tomaten kürzer ausgebildet ist als bei Getreidepflanzen. „Dieser längere Rezeptor führt offensichtlich dazu, dass das Cytolysin bei Weizen oder Gerste zwar andocken kann, aber nicht an die Membran der Pflanzenzellen herankommt und so auch seine tödliche Wirkung nicht entfalten kann“, berichtete Albert.

Wie Professor Thorsten Nürnberger, der Leiter der Studie, erläuterte, bieten die Eigenschaften der verschiedenen Toxin-Rezeptoren ein erhebliches Anwendungspotenzial: „Zu den Pflanzen, die aufgrund ihres Rezeptors empfindlich auf Cytolysin reagieren, gehören auch viele Unkräuter.“ Hier ergebe sich die Chance, auf der Basis eines mikrobiellen Giftstoffs ein natürliches Herbizid zu entwickeln, das sehr selektiv wirke und damit umweltfreundlicher sei als die heute gebräuchlichen chemischen Total-Herbizide wie beispielsweise Glyphosat.

Neuartige Pflanzenschutzmittel aus Zuckermolekülen könnten gegen Pflanzenkrankheiten helfen

Eine weitere Perspektive, die sich aus der Studie ergebe, sei die Entwicklung neuartiger biologischer Pflanzenschutzmittel, sagte Nürnberger. So sei es denkbar, mit speziellen Zuckermolekülen das giftige Cytolysin so zu blockieren, dass es nicht mehr an die Pflanzenzellen andocken könne. Auf diese Art und Weise sei ein wirksamer Schutz vor den Angriffen verschiedenster tödlicher Pflanzenkrankheiten vorstellbar.

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