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Discovering susceptibility genes to Rhizoctonia solani in rice as breeding targets for sheath blight disease resistance

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Veränderung von Suszeptibilitätsgenen könnte zu nachhaltigen Reissorten führen

EU-finanzierte Forschende haben Kandidaten-Suszeptibilitätsgene für Scheidenfäule ermittelt, eine Pilzkrankheit, die Getreidekulturen wie Reis befällt und Ertragsverluste von bis zu 40 % verursacht. Experimentelle Veränderungen und Anpassungen solcher Gene könnten dazu beitragen, die Ausbreitung der Krankheit im Zaum zu halten.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Oryza sativa, allgemein bekannt als asiatischer Reis, ist nach Mais das meist angebaute Getreide. Es ist das am häufigsten konsumierte Hauptnahrungsmittel für mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung. Scheidenfäule, die durch den nekrotrophen, bodenbürtigen Pilzerreger Rhizoctonia solani verursacht wird, ist eine bedeutende Reiskrankheit, die den Ertrag und die Kornqualität beeinträchtigt. Die Krankheit stellt vor allem den Intensivanbau vor immer größere Herausforderungen. Die Symptome entwickeln sich in der Regel an den Blattscheiden und sind durch längliche, wassergetränkte Läsionen gekennzeichnet, die grünlich grau gefärbt sind. Mit Fortschreiten der Krankheit neigen sie dazu, ineinander überzugehen und größere Läsionen mit gräulich weißen Zentren zu bilden, die von unregelmäßigen Rändern umgeben sind. Diese Läsionen unterbrechen den Wasser- und Nährstofffluss zur Blattspitze.

Eine Alternative zu chemischen Verfahren zur Bekämpfung von Scheidenfäule

Der großflächige Einsatz von Halbzwergsorten und die intensive Verwendung von Stickstoffdüngemitteln haben zu einem starken Anstieg der Häufigkeit von Scheidenfäule bei Reispflanzen geführt. Da derzeit keine resistenten Reissorten für den Anbau verfügbar sind, ist die wichtigste Methode zur Bekämpfung der Scheidenfäule im Moment die Anwendung von Fungiziden. Außerdem behindert der Mangel an Keimplasma, das zur Resistenzbildung beiträgt, die Pflanzenzüchtungsprogramme. „Wir haben erfolgreich Kandidaten-Suszeptibilitätsgene in Reispflanzen ermittelt, die als Ziele für den Aufbau einer starken und dauerhaften Breitbandresistenz gegen die Scheidenfäule dienen könnten“, sagt Wladimir Tameling, Koordinator des Projekts RiZeSisT, das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanziert wurde. Ein Suszeptibilitätsgen ist bezeichnend für jedes Pflanzengen, das die Pflanze anfällig für Infektionen werden lässt. Dies geschieht, indem das Gen kompatible Interaktionen mit Krankheitserregern beherbergt und es ihnen ermöglicht, sich zu entwickeln und zu vermehren. „Das ultimative Ziel ist es, die Funktion des Suszeptibilitätsgens so zu verändern, dass die Fähigkeit des Erregers, Krankheiten auszulösen, eingeschränkt wird“, merkt Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiatin Johanna Acevedo-Garcia an.

Die molekularen Mechanismen der Anfälligkeit gegenüber R. solani entschlüsseln

Acevedo-Garcia verwendete Bioassays mit abgetrennten Blättern, um die Reaktion der Pflanzen auf R. solani zu bewerten. Sie beimpfte besonders Reissorten mit R. solani und setzte ein Mikrokammer-Screening-Verfahren zur Quantifizierung der Resistenz ein. Das gleiche Verfahren wurde ebenfalls angewandt, um eine RNA-Sequenzierungsanalyse an infizierten Reispflanzen durchzuführen, die eine erregerbedingte Herunterregulierung und Hochregulierung von Genen (135 bzw. 1 091 Gene) aufzeigte. Mit diesen Ergebnissen wurde dann eine Reihe von Kandidaten-Suszeptibilitätsgenen in Reispflanzen ermittelt. Bei bestimmten Isolaten von R. solani aus öffentlichen Keimplasmasammlungen stieß Acevedo-Garcia jedoch auf einige Probleme, die sich auf ihre Analyse auswirkten. So stellte sie beispielsweise nach der Sequenzierung der Genome fest, dass es sich nicht um R. solani, sondern um einen anderen Mikroorganismus handelte. „Eine weitere Herausforderung bestand darin, Bioassays effektiv anzupassen und hochreproduzierbare Ergebnisse zu erzielen. Die Forschung auf diesem Gebiet ist noch immer recht spärlich“, erläutert Acevedo-Garcia. „Wir haben unsere Anstrengungen sehr stark in diese Richtung gelenkt und sind sehr stolz darauf, robuste Bioassays in Pflanzen und abgetrennten Blättern entwickelt zu haben, um die Reaktion unseres Pflanzenmaterials auf den Erreger zu bewerten.“ Tameling fasst zusammen: „Die Untersuchung der Funktion von Suszeptibilitätsgenen bei Reispflanzen eröffnet neue Wege für die Entwicklung einer Breitbandresistenz von Pflanzen gegen Scheidenfäule. Unsere Forschung wird einen großen Einfluss auf die Pflanzenzüchtungsprogramme haben und dazu beitragen, verbesserte Reissorten zu produzieren, die auch ohne die Nebenwirkungen chemischer Verfahren gegen durch R. solani verursachte Schäden resistent sind.“

Schlüsselbegriffe

RiZeSisT, Reis, Reispflanze, Scheidenfäule, Suszeptibilitätsgen, R. solani, Reissorten, Bioassay, Pflanzenzüchtung, Breitbandresistenz

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