Schädling von Weinpflanzen genetisch variabel
Gleich 14 verschiedene Varianten eines sehr speziellen Bakteriums, das Weinstöcke schädigt, kommen in Österreich vor. Dies ist eines der zentralen Ergebnisse eines Projekts des Wissenschaftsfonds FWF, das sich mit der Schädigung von Weinpflanzen durch so genannte Phytoplasmen beschäftigte.
Phytoplasmen sind das „Gott-Sei-Bei-Uns“ der Pflanzenpathologen: Sie stehen mit über 100 Pflanzenkrankheiten im Zusammenhang, können aber bis heute nicht im Labor gezüchtet werden. Genaue Untersuchungen der zellwandlosen Bakterien sind daher kaum möglich. Einem Team am Health & Environment Department des AIT Austrian Institute of Technology ist es nun in Zusammenarbeit mit der Höheren Bundeslehranstalt für Wein- und Obstbau, Klosterneuburg, gelungen, ein in österreichischen Weingärten verbreitetes Phytoplasma näher zu analysieren – und dabei konnte es Überraschendes feststellen.
Von Typ zu Typ
Ein wesentlicher Aspekt des von Günter Brader geleiteten Projekts war dabei die Isolierung und Charakterisierung der DNA von ganz bestimmten Phytoplasmen: Jene, die für eine als Schwarzholzkrankheit (Bois Noir) bezeichnete Vergilbungserkrankung von Weinreben verantwortlich sind. Die spezielle Herausforderung dabei erläutert Brader im Gesrpäch mit scilog so: „Da es ja keine Laborkulturen der Phytoplasmen gibt, isolierten wir zunächst die gesamte DNA von befallenen Wirtspflanzen. Damit erhielten wir ein Gemisch von Pflanzen- und Bakterien-DNA. Dank einer speziellen Zusammensetzung der Phytoplasmen-DNA konnten wir diese dann mit besonderen Methoden abtrennen.“ Einmal isoliert, konnte das Team mit der Charakterisierung der DNA beginnen. Anschließende Vergleiche bestimmter DNA-Sequenzen zeigten dann überraschenderweise, dass es in Österreich mindestens 14 Genotypen – also genetisch unterschiedliche – Phytoplasmen gibt.
Von der Brennnessel auf den Wein
Weitere Untersuchungen ergaben, dass eine aktuell in Österreich grassierende Ausbreitungswelle der Schwarzholzkrankheit hauptsächlich durch einen einzigen dieser 14 Genotypen verursacht wird. „Zwei Drittel aller Erkrankungen sind allein auf diesen einen Genotyp zurückzuführen“, erklärt Brader. Verbreitet wird dieser Typ durch eine spezielle Zikade (die Windenglasflügelzikade), wobei die Brennnessel als Zwischenwirt dient. Die Klärung dieses Verbreitungsweges war insofern überraschend, als bisherige Arbeiten andere Routen identifiziert hatten. „Die Verbreitung könnte sich in den letzten Jahren geändert haben“, meint Günter Brader vom AIT, dessen Erkenntnisse nun wesentlich zu den Möglichkeiten der Bekämpfung beitragen.
Infektionsvergleich
In einem zweiten Teil des Projekts wurden Modellpflanzen (Tomaten und Immergrün) mit insgesamt sechs Genotypen des Phytoplasmas infiziert. Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, ob die unterschiedlichen Genotypen gleiche oder verschiedene Symptome in den Pflanzen verursachen würden. Tatsächlich zeigten die Stämme markant unterschiedliche Symptome. Dazu Brader: „Wir vermuten, dass so genannte Effektoren für diese unterschiedlichen Symptome zuständig sind. Das sind Proteine, die von den Bakterien in die Wirtzelle abgegeben werden und so den Infektionsprozess unterstützen.“
Verteidigungsmechanismen
Auch die Verteidigungsmechanismen der Pflanze interessierte das Team. So untersuchte man die Wirkung der als Abwehrstoff bekannten Salicylsäure in den Modellpflanzen. Dabei zeigte sich, dass diese scheinbar wenig Einfluss auf die Anfälligkeit der Pflanzen hatte. So wurden Tomatenpflanzen infiziert, die keine Salicylsäure akkumulieren konnten. Würde diese Säure im Kampf gegen Phytoplasmen eine wichtige Rolle spielen, so hätten diese Pflanzen deutlich anfälliger für eine Infektion sein sollen – doch tatsächlich zeigten sie kaum Unterschiede zu den unveränderten Formen. Zusätzlich wurde analysiert, ob eine vorherige Behandlung mit anderen Bakterien sich in irgendeiner Form auf die Infektion auswirken würde – und sich somit ein Weg zur biologischen Schädlingsbekämpfung anbieten würde. Doch hier waren die Ergebnisse ernüchternd: Eine einzige Bakterienart („Bacillus atrophaeus“) verzögerte die Entstehung von Erkrankungssymptomen und reduzierte die Anzahl von Phytoplasmen in der Pflanze – die Intensität der Symptome blieb jedoch gleich.
Diese Erkenntnisse der Grundlagenforschung über Verbreitungswege und Infektionsverläufe bieten wichtige Einblicke in die Möglichkeit für die Schädlingsbekämpfung und bilden die notwendige Grundlage, um Eingriffe zielgerichtet und effizient zu machen.
Originalveröffentlichung
A. Aryan, G. Brader, J. Mörtel, M. Pastar, M. Riedle-Bauer; "An abundant ‘Candidatus Phytoplasma solani’ tuf b strain is associated with grapevine, stinging nettle and Hyalesthes obsoletus"; European Journal of Plant Pathology; 2016
Amal Aryan, Rita Musetti, Monika Riedle‐Bauer, Günter Brader; "Phytoplasma Transmission by Heterologous Grafting Influences Viability of the Scion and Results in Early Symptom Development in Periwinkle Rootstock"; J of Phytopathology; 2016
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Holen Sie sich die Life-Science-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für Biotechnologie, Pharma und Life Sciences bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
