Mit natürlichen genetischen Resistenzmechanismen Pflanzenschädlinge bekämpfen
Fadenwürmer wie die Wurzelälchen stellen eine große Bedrohung für die Wurzeln von Steinobstbäumen dar, darunter so beliebte Sorten wie Pfirsich, Mandel und Pflaume. Ein Befall verursacht Schwellungen an den Wurzeln, die dem Baum Nährstoffe entziehen. Die auf die Bekämpfung dieses Schädlings ausgerichtete Arbeit des EU-finanzierten Projekts IMMUNE konzentrierte sich auf ein Resistenzgen, das Ma-Gen. Das Team der Trägereinrichtung, des Nationalen Forschungsinstituts für Landwirtschaft, Ernährung und Umwelt in Frankreich, hat das Gen aus der Kirschpflaume, Prunus cerasifera, isoliert, der es eine vollständige Resistenz gegen zahlreiche Wurzelälchenarten verleiht. Der Schlüssel zu seiner Bedeutung liegt darin verborgen, dass das Ma-Gen ein Mitglied der TNL-Genfamilie ist, die eine riesige und einzigartige Extension aus fünf sich wiederholenden terminalen Exons aufweist. Jede dieser fünf sogenannten PL-Domänen oder ihre Assoziationen könnten als originäre Rezeptoren fungieren, die von den Nematoden abgesonderte Proteine erkennen.
Verschiebung von Gendomänen lässt Unverzichtbares erkennen
Das Team hat eine Methode zur Transformation von Pflaumenwurzeln entwickelt, mit der sich die Funktionalitäten einer vorgegebenen Domänenkombination feststellen lassen. Jedoch konnten keine transgenen Wurzeln erzielt werden, die bestimmte Kombinationen tragen. „Wir haben die Zeit unterschätzt, die erforderlich ist, um die vollständige Reihe an Modulkombinationen zu generieren und somit festzustellen, was tatsächlich unverzichtbar ist“, erklärt Projektkoordinator Daniel Esmenjaud. Die Forschenden konzentrierten sich außerdem darauf, wie die fünf sich wiederholenden PL-Domänen im Ma-Gen bei Pflaumen zur Resistenz gegen die Nematoden beitragen. Sie fanden Wege, wie diese untereinander und mit anderen TNL-Domänen auf intra- und intermolekularer Ebene interagieren könnten, um die pflanzliche Immunität zu aktivieren. „Zum jetzigen Zeitpunkt unserer Forschung sind die Ergebnisse noch nicht ausreichend vollständig, um diese angewandten Entwicklungen anders als durch klassische Züchtungsverfahren auf der Grundlage von Hybridisierung voranzutreiben“, präzisiert Esmenjaud. „Hybridisierung gestattet die Valorisierung des Ma-Gens und der anderen Resistenzgene, die wir bei Prunus-Arten gefunden haben, um hochleistungsfähiges Pflanzenmaterial zu erschaffen.“
Mehr Verständnis für die Spezifität der Resistenz
Das Team hat nun dem IMMUNE-Projekt eine Pause verordnet und damit begonnen, an einer ergänzenden Forschungsrichtung zu arbeiten. „Unser Ziel ist die Entwicklung eines vergleichenden Ansatzes unter Einsatz der Assoziationsgenetik“, erklärt Esmenjaud. Bei der Assoziationskartierung werden identische Gene über eine ganze Population hinweg untersucht. Bei der Kirschpflaume P. cerasifera steuern die Ma-Gensequenzen entweder alle oder keine der bewerteten Wurzelälchenarten. Kürzlich konnte das Team bei bestimmten Mandel-Genotypen Sequenzen orthologer Ma-Gene identifizieren, die ein unvollständiges Resistenzspektrum aufweisen. Nun wird nach der maximalen Anzahl dieser orthologen Ma-Sequenzen innerhalb der Prunus-Arten gesucht. Ein Vergleich der Sequenzen sollte die an der Resistenz gegen eine oder mehrere Wurzelälchenarten beteiligten Regionen offenbaren. Esmenjauds Prognose lautet: „Mit der Entschlüsselung des Ortes und der Spezifität der dem Wurzelälchenresistenzspektrum zugrunde liegenden Determinanten oder Motive sollte der Weg zum Design neuer Resistenzen gebahnt werden.“ Diese Forschung wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt.
Schlüsselbegriffe
IMMUNE, Gen, Prunus, Haarwurzeln, Hairy-Roots, Resistenzspektrum, Steinobstbäume, Ma-Gen, Wurzelälchen, Nematoden
