Eine Mauer gegen die bakterielle Welke

Physikalisch-chemische Beschaffenheit der Xylem-Barrieren, die für die Resistenz gegen die Bakterienwelke bei Tomaten verantwortlich sind, enthüllt

17.02.2022 - Spanien

Eine neue Arbeit unter der Leitung von Núria Sánchez Coll, CSIC-Forscherin am Zentrum für Forschung in landwirtschaftlicher Genomik (CRAG), klärt auf, wie Tomatensorten, die gegen den bakteriellen Welkeerreger Ralstonia solanacearum resistent sind, die Fähigkeit haben, die Bewegung des Bakteriums in der Pflanze einzuschränken. Die in der Fachzeitschrift New Phytologist veröffentlichte Studie analysiert die Zusammensetzung und Bildung der Xylembarrieren, die eine Resistenz gegen R. solanacearum verleihen, ein Bodenbakterium mit verheerenden Auswirkungen auf viele Solanaceen wie Tomaten, Kartoffeln, Paprika und Auberginen. Die Ergebnisse haben es den Forschern ermöglicht, eine Resistenz gegen R. solanacearum in kommerziellen anfälligen Tomatensorten zu entwickeln.

Die agrarökonomischen Auswirkungen von R. solanacearum, dem Erreger der bakteriellen Welkekrankheit, beschäftigen Landwirte auf der ganzen Welt aufgrund der großen Zahl der von ihm befallenen Arten, seiner weiten geografischen Verbreitung und seiner Persistenz in Boden und Wasser. Der Erreger dringt über die Wurzeln in die Pflanze ein und kolonisiert die Xylemgefäße, die Wasser und Nährstoffe zu den Stängeln und Blättern transportieren. Tomatensorten, die gegen die Bakterienwelke resistent sind, sind in der Lage, Verstärkungsschichten zu synthetisieren, die R. solanacearum in den infizierten Gefäßen einschließen und die Ausbreitung der Bakterien auf gesundes Gewebe verhindern. Obwohl dies ein Schlüsselfaktor für die Resistenz ist, wurden die Zusammensetzung und die Bildung dieser Barrieren bisher noch nicht im Detail untersucht.

Wandverstärkungen zur Eindämmung der Infektion

Um zu verstehen, wie die Resistenz gegen die bakterielle Welke funktioniert, verglichen die Forscher eine anfällige kommerzielle Tomatensorte mit einer hochresistenten Tomatensorte, die zwar sehr kleine, ungenießbare Früchte hervorbringt, aber eine zuverlässige Quelle für die Resistenz in Zuchtprogrammen darstellt. Nach der Infektion beider Sorten mit R. solanacearum zeigten histologische, bildgebende und spektroskopische Analysen, dass sich bei den resistenten Pflanzen Gefäßbeschichtungen bildeten, die Ligno-Suberin und verwandte Phenolverbindungen (wie HCAAs) enthielten. Solche strukturellen Wandverstärkungen, die in anfälligen Pflanzen nicht vorhanden waren, bilden eine physikalisch-chemische Barriere, die die Bakterien im Xylem einschließt und die Gefäße widerstandsfähig gegen den pathogenen Abbau macht.

Technische Resistenz der Tomate gegen die Bakterienwelke

Im Einklang mit der beobachteten Anhäufung von Ligno-Suberin und verwandten Verbindungen in den Gefäßbeschichtungen zeigten weitere Analysen, dass die Gene, die an den Synthesewegen dieser Moleküle beteiligt sind, in resistenten Pflanzen, die mit R. solanacearum infiziert waren, übermäßig stark ausgeprägt waren. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wollten die Forscher herausfinden, ob die Überexpression solcher Gene in anfälligen Tomatenpflanzen deren Resistenz gegen die bakterielle Welke erhöhen würde.

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Originalveröffentlichung

Anurag Kashyap, Álvaro Luis Jiménez-Jiménez, Weiqi Zhang, Montserrat Capellades, Sumithra Srinivasan, Anna Laromaine, Olga Serra, Mercè Figueras, Jorge Rencoret, Ana Gutiérrez, Marc Valls and Nuria S. Coll.; "Induced ligno-suberin vascular coating and tyramine-derived hydroxycinnamic acid amides restrict Ralstonia solanacearum colonization in resistant tomato."; New Phytologist (2022).

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