Wie durch Mikroben hervorgerufene Resistenz die Nutzpflanzengesundheit fördert
Pflanzen stehen mit unzähligen Mikroorganismen in ständiger Wechselwirkung; insbesondere gilt das rund um ihre „Wurzelzone“. Von einigen dieser Mikroorganismen ist bekannt, dass sie die Abwehrkräfte der Pflanze gegen schädliche Insekten und Krankheitserreger stärken. Das geschieht zum Beispiel durch das sogenannte Priming, bei dem die nützlichen Mikroorganismen die Pflanzen dazu veranlassen, schneller und stärker auf Angriffe zu reagieren. Wären wir nun in der Lage, die Kulturpflanzen systematisch mit derartigen nützlichen Mikroben zu versorgen, so könnten die Ernteverluste durch Schädlinge und Krankheiten verringert und gleichzeitig der Einsatz umweltschädlicher Pestizide vermieden werden. Ein großes Hindernis auf dem Weg zu diesem Ziel ist jedoch, dass sich die durch Mikroben hervorgerufene Resistenz stark kontextabhängig darstellt. Der Nutzen für die Pflanzen variiert je nach Umweltbedingungen wie etwa dem lokalen Klima und Stressfaktoren sowie der Anwesenheit anderer Organismen, welche die Pflanzengesundheit fördern oder hemmen können. Das Projekt MiRA wurde als innovatives Ausbildungsnetzwerk im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen ins Leben gerufen, um promovierende Forschende mit jenen Instrumenten und Methoden zu versorgen, mit denen sie die physiologischen und molekularen Mechanismen untersuchen können, die an den Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, Mikroben und Schädlingen beteiligt sind. Zudem sollte das Projekt bestätigen, dass die durch Mikroben hervorgerufene Resistenz wahrscheinlich keine anderen biologischen Systeme der Pflanzen beeinträchtigt, sowie gleichzeitig das kommerzielle Potenzial der Technologie bewerten. „Durch detaillierte Untersuchungen an Tomaten und Kartoffeln stellten unsere Nachwuchsforschenden einen einzigartigen Datensatz über die molekularen und physiologischen Prozesse der mikrobeninduzierten Resistenz zusammen. Unseres Wissens nach gibt es keine weiteren derartigen allgemein zugänglichen Ressourcen“, sagt Projektkoordinator Thure Pavlo Hauser. Das Projektteam befragte außerdem Interessengruppen wie landwirtschaftliche Betriebe und weitere lebensmittelherstellende Unternehmen, wobei sich herausstellte, dass die Unsicherheit hinsichtlich dieser Technologie ein Hindernis für ihre Akzeptanz darstellt.
Kulturpflanzenversuche
Tomaten- und Kartoffelpflanzen wurden in Experimenten untersucht: mit oder ohne nützliche Mikroorganismen (von Pilzen bis hin zu Bakterien) und Schadinsekten sowie unter verschiedenen Bedingungen in Bezug auf Licht, Nährstoffe, Trockenheit, Krankheitserreger und weitere Stressfaktoren. Die Forschenden analysierten die Abwehrreaktionen der Pflanzen auf mikrobielle Behandlungen und deren Auswirkungen auf die Schadinsekten sowie auf die bereits bestehenden mikrobiellen Gemeinschaften auf den Pflanzen und in den Schadinsekten. „Interessanterweise wurden Tomatenpflanzen, die unter kommerziellen Anbaubedingungen in Spanien mit nützlichen Mikroben behandelt wurden, von zwei Hauptschädlingen weniger befallen“, erklärt Hauser. „Außerdem ist dieser scheinbar verstärkte Schutz bei Trockenheit und bei mittlerer Phosphordüngung besonders stark ausgeprägt, was die Rolle der Hormone und chemischen Abwehrstoffe unterstreicht.“
Hochqualifizierte Forschung prägt Zukunft der Lebensmittel
Während mikrobielle Impfkulturen für Nutzpflanzen wie beispielsweise Mykorrhizapilze bereits auf dem Markt zu finden sind, verbessern sie meist nur die Nährstoffaufnahme der Pflanzen. Solange nicht mehr über mikrobeninduzierte Resistenzen bekannt ist, werden die landwirtschaftlichen Betriebe wahrscheinlich weiterhin umweltschädlichere chemische Lösungen zur Schädlingsbekämpfung bei Nutzpflanzen einsetzen. „Um dieser Wissenschaft und Technologie mehr Attraktivität für die Lebensmittelproduktion zu verleihen, brauchen wir gut ausgebildete Spezialkräfte, die dieses relativ neue Gebiet weiterentwickeln. Die 15 jungen Forscherinnen und Forscher des MiRA-Projekts haben bereits wichtiges Wissen beigesteuert und stellen mit Sicherheit eine wertvolle Ressource für die Unternehmen und Forschungseinrichtungen dar“, stellt Hauser abschließend fest. Während die facettenreiche Forschung im Rahmen von MiRA in viele verschiedene Richtungen fortgesetzt werden könnte, werden wahrscheinlich bessere Instrumente zur Überwachung und Vorhersage des Nutzens von Mikroorganismen für den Pflanzenschutz, sowohl auf dem Feld als auch im Labor, einen Schwerpunktbereich bilden. Außerdem werden die Forschenden weiterhin gezielte mikrobielle Impfkulturen für den Einsatz in vielfältigen Kontexten entwickeln sowie mehr Wissen über die Erhaltung der Mikroorganismen in den Böden gewinnen.
Schlüsselbegriffe
MIRA, Nutzpflanzen, Tomate, Kartoffel, mikrobiell, Pflanze, Kulturpflanze, Resistenz, landwirtschaftliche Betriebe, Schädlinge, Krankheiten
