Ros(t)ige Zeiten

Rostpilze gehören zu den gefürchtetsten Krankheitserregern im Weizenanbau. Die Eindämmung eines Rostpilzbefalls ist schwer und meist nur durch chemischen Pflanzenschutz möglich. Resistente Weizensorten wären daher die beste Lösung des Problems. Allerdings bereitet Forschern die Züchtung solcher Sorten große Schwierigkeiten. Die Erreger mutieren schnell und überwinden so immer wieder die Schutzmechanismen der Pflanzen.

#####1#####

Non-Host-Resistenz-Gene sind der Schlüssel

Ein internationales Team unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben hat daher einen neuen Ansatz gewählt: Die Immunität bzw. ‚Non-Host-Resistenz‘ bestimmter Getreidearten gegenüber spezifischen Blattrostpilzen.

„Krankheit ist die Ausnahme und Resistenz ist die Regel – die meisten Mikroorganismen machen uns oder Getreidepflanzen nicht krank“, sagt der Projektleiter Simon Krattinger von der König Abdullah Universität in Saudi-Arabien. „Dies wird als ‚Non-Host-Resistenz‘ bezeichnet – die Resistenz einer ganzen Spezies gegen alle Stämme eines Krankheitserregers. Die Non-Host-Resistenz von Getreide ist jedoch kaum erforscht.“

Eine Non-Host-Resistenz zeichnet Gerste (Hordeum vulgare) gegenüber Weizenblattrost (Puccinia triticina) aus. Bestimmte molekulare Faktoren verhindern, dass Weizenblattrost bei Gerste Kolonien bilden kann. Die Abwehrmechanismen können vom Pilz auch durch Mutationen so gut wie nicht überwunden werden.

#####2#####

Den Forschern gelang es nun, die Non-Host-Gene in kultivierter Gerste zu identifizieren. In Anbetracht der Tatsache, dass das Gerstengenom fast doppelt so groß ist wie das menschliche, stellt die erfolgreiche Bestimmung und Lokalisierung dieser Gene ein Meilenstein für die Resistenzzüchtung dar.

Gene für Non-Host-Resistenz sind schwer zu identifizieren

Die Herausforderung lag aber nicht nur in der Größe des Genoms: Da alle Gerstensorten resistent gegen Blattrost sind, gab es auch keine genetische Variation innerhalb der Gerstensorten, die Hinweise auf die an der Immunität beteiligten Gene geben konnten. Die Forscher mussten dazu eine neuartige Suchmethode entwickeln.

Zunächst infizierten sie 1 733 Gerstenlinien mit Weizenblattrost. Die meisten Pflanzen waren vollständig resistent, einige Linien entwickelten aber im Keimlingsstadium erste Blattrostsymptome. Zu einer vollständigen Infektion kam es dabei aber nicht.

Diese anfälligeren Linien kreuzte das Team untereinander und fand am Ende eine Linie, die deutlich anfällig für Weizenblattrost war. Im letzten Schritt wurde diese Linie mit einer resistenten Gerstensorte gekreuzt, um die genetischen Variationen identifizieren zu können, die eine Non-Host-Resistenz verleihen.

Konzept für dauerhaft resistentes Getreide

„Durch umfassende Genomanalyse haben wir die Gene gefunden, die eine Barriere gegen Weizenrost in Gerste bildet“, erklärt Krattingers Postdoc Yajun Wang. Dabei handelte es sich um Gene, die für Lektin-Rezeptorkin asen kodieren. „Die Übertragung dieser Gene auf Weizen könnte zu Sorten führen, die gegen alle Arten von Weizenrost resistent sind", so Wang. Krattinger fügt hinzu: „Dies ist eine vielversprechende Strategie, die eines der größten Probleme im Weizenanbau lösen könnte.“

Quelle:
Wang, Y. et al. (2019): Orthologous receptor kinases quantitatively affect the host status of barley to leaf rust fungi. Nature Plants 5, (11. November 2019), doi: 10.1038/s41477-019-0545-2.

Zum Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:

• Genom der Gerste sequenziert - Basis für schädlingsresistente und qualitätsverbesserte Sorten
• Wer rastet, der rostet - Pilzkrankheiten, ihre Bedeutung und Geschichte
• Durchbruch im PLANT 2030 Projekt ROOT - Gerste: Mehr Nährstoffe und Widerstandskraft durch größeres Wurzelsystem

Titelbild: Blattrost: Erkennungsmerkmal sind die staubig, rot-orange bis rotbraunen Sporen, die fast die gesamte obere Blattoberfläche bedecken können. (Bilquelle: © Photo by James Kolmer, USDA Agricultural Research Service; public domain)