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The role of necrotrophic effectors in the ability of Botrytis and Monilinia species to infect host plants

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Proteinstudie zielt auf pilzresistente Obstkulturen ab

Proteine zu ermitteln, welche beim Verderben von Obst eine Schlüsselrolle spielen, könnte für die Züchtung pilzresistenter Kulturpflanzen von entscheidender Bedeutung sein, sodass keine Pestizide erforderlich sind.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Botrytis cinerea und Monilinia fructicola sind zwei Pilzarten, die zur Fäulnis und zum Verderb landwirtschaftlicher Produkte nach ihrer Ernte führen. Botrytis ist am besten für die Zerstörung von Erdbeeren bekannt, bevor noch die Menschen sie genießen können. Außerdem verdirbt Grauschimmelfäule auch Trauben, Kiwis, Tomaten, Paprika und Salat. Monilinia verursacht Fäulnis bei Steinobst wie Pfirsichen, Nektarinen, Kirschen, Aprikosen und Mandeln. Der durch Botrytis und Monilinia verursachte weltwirtschaftliche Schaden wird jährlich auf über 2 Milliarden EUR geschätzt. Der Agrarsektor sucht zur Bekämpfung dieser Schädlinge zunehmend nach Alternativen zu chemischen Fungiziden. Grund hierfür sind teilweise Umweltbedenken und die zunehmende Unwirksamkeit von chemischen Spritzmitteln aufgrund von Pilzresistenz. „Die Züchtung von pilzresistenten Kulturpflanzen wäre eine Möglichkeit, ist aber eine Herausforderung, da der Befall von vielen genetischen und umweltbedingten Faktoren abhängt“, erklärt Jan van Kan, Projektkoordinator des EU-Projekts NECROFUNGI und Assistenzprofessor am Labor für Phytopathologie der Universität Wageningen in den Niederlanden. „Die Reifung von Obst wirkt sich auch auf seine Befallsanfälligkeit aus und die Eigenschaften können sich bei Befallstests schnell ändern. Daher ist es sehr schwierig, reproduzierbare Befallsergebnisse zu erzielen.“

Neues Ziel: Pilzproteine

Das Projekt NECROFUNGI versuchte, diesen Herausforderungen zu begegnen, indem es sich auf die biologische Funktion von Proteinen konzentrierte. Sowohl Botrytis als auch Monilinia produzieren und scheiden während des Befalls Proteine aus, welche den Pilzen beim Angriff auf die Wirtspflanze helfen. „Wir wussten, dass wir diese Proteine für Züchtungszwecke nutzen könnten, wenn wir die beim Befall eine Rolle spielenden Proteine bestimmen könnten“, sagt van Kan. „Unsere Arbeitshypothese war, dass pflanzliche Reaktionen auf reine Proteine leichter vorherzusagen sind. Das vereinfacht die Züchtung pilzresistenter Pflanzen.“ Die Forschung wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen gefördert. Dies ermöglichte es der spanischen Forscherin Laura Vilanova Torren, einer Spezialistin für Wechselwirkungen zwischen Obst und Krankheitserregern nach der Ernte, mit van Kan in Wageningen zusammenzuarbeiten.

Pestizidfreie Ernten

Nach erfolgreicher Sequenzierung des Genoms von Monilinia fructicola (das Genom von Botrytis wurde bereits sequenziert) wurden von Pilzen ausgeschiedene Proteine identifiziert. Diese Proteine wurden dann im Labor mithilfe von Hefepilzen hergestellt. „Die schnelle Assemblierung und genaue Annotation der Monilinia-Genomsequenz waren entscheidend für unseren Erfolg“, fügt van Kan hinzu. „Darüber hinaus konnten wir im Labor einen Befallsassay für Monilinia auf abgetrennten Pfirsichblättern entwickeln. Dies führte zu reproduzierbaren Befallsabläufen, besser als sie im Obstgarten hätten realisiert werden können.“ Van Kan merkt an, dass die Arbeit mit saisonalen Kulturpflanzen wie Pfirsichen und Aprikosen eine Herausforderung bleibt, da Blätter oder Obst nur drei bis vier Monate im Jahr für Experimente zur Verfügung stehen. Dennoch können die Erfolge von NECROFUNGI jetzt nicht nur in Wageningen, sondern auch im Forschungszentrum IRTA Lleida in Spanien weiter ausgebaut werden. Nach Abschluss des Projekts sicherte sich Vilanova eine Stelle am Institut, wo sie ihre Arbeit an Monilinia fortsetzen wird. Ihr Ziel ist es, weitere biologische Erkenntnisse zu gewinnen und Pilzproteine zu liefern, welche die Resistenzzüchtung bei Pfirsichen, Aprikosen und Nektarinen unterstützen können. „An der Universität Wageningen laufen Projekte mit ähnlichen Ansätzen für andere Botrytis-Arten. Dabei werden Zwiebeln und Lilien infiziert“, bemerkt van Kan. Letztendlich hofft van Kan, dass das durch das Projekt NECROFUNGI gewonnene biologische Wissen den Züchtungsunternehmen auf dem Weg zur Entwicklung von gegen Pilzinfektionen resistenten Pflanzen helfen wird. „Es wird mehrere Jahre, wenn nicht Jahrzehnte dauern, bis dieses Ziel erreicht wird“, bedauert er. „Aber es ist eine der wenigen Strategien, die wir zur Verringerung von krankheitsbekämpfenden Pestiziden nach der Ernte haben. Diese Krankheiten gibt es bei Monilinia seit Jahrzehnten und bei Botrytis seit Jahrtausenden.“

Schlüsselbegriffe

NECROFUNGI, Obst, Kulturpflanze, Pilz, Botrytis, Monilinia, Pestizide, Fungizide, Ernte, Landwirtschaft, Proteine, biologisch

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