22.03.2004
Forschung Projekte
Wirkung transgener T4-Lysozym-Kartoffeln auf pflanzenassoziierte nützliche Bakterien und Pilze
(1996 – 2002) Universität Rostock, Fachbereich Biowissenschaften, Abteilung Mikrobiologie,
Thema
Zur Abwehr von phytopathogenen Bakterien, die bei Anbau und Lagerung von Kartoffeln erhebliche Schäden verursachen, wurden transgene Kartoffelpflanzen entwickelt.
Zur Erzeugung einer Resistenz gegenüber Erwinia carotovora, dem Erreger der Knollennassfäule und der Schwarzbeinigkeit, wurde das Gen für ein Lysozym aus dem Bakteriophagen T4 in das Pflanzengenom der Kartoffel übertragen. Lysozyme greifen die bakterielle und pilzliche Zellwand an und bewirken deren Auflösung (Lyse).
Ziel des Projektes war es zu klären, ob die Lysozym-Kartoffel unter Freilandbedingungen nützliche Bodenbakterien (Bakterien, Pilze) beeinflusst.
Zusammenfassung
Detaillierte Untersuchungen an Bakterien der Rhizosphäre lieferten keine Hinweise auf eine Beeinträchtigung der Bodengemeinschaft durch T4-Lysozym-Kartoffeln. Weder der Anteil noch das Artenspektrum pflanzenassoziierter, nützlicher Bakterien und Pilze war bei T4-Lysozym-Kartoffeln vermindert.
Insgesamt können die bisherigen Forschungsresultate mit Blick auf die Verträglichkeit der Lysozym-Kartoffel für das Ökosystem Boden als sehr positiv bewertet werden.
Versuchsbeschreibung
T4-Lysozym wirkt nicht nur spezifisch gegen pathogene Bakterien. Deshalb wurde vermutet, dass eventuell auch Auswirkungen auf pflanzenassoziierte Nützlinge zu erwarten sind.
Um zu bewertbaren Daten zu gelangen, wurde das Artenspektrum insbesondere derjenigen Bakterien und Pilze bestimmt, die nützliche Gegenspieler von E. carotovora und von phytopathogenen Pilzen sind.
Gesamtzahl und Artenspektrum der Bakterien und Pilze insbesondere der für die Pflanze nützlichen Arten
Insgesamt fanden Untersuchungen über fünf Vegetationsperioden im Freiland an transgenen und nicht-transgenen Kartoffelpflanzen statt. Die nützlichen Bakterien und Pilze wurden über ihre Funktion für die Pflanze bestimmt. Es wurde speziell nach wachstumsstimulierenden Bakterien und Antagonisten (Gegenspieler) gegenüber Erwinia carotovora und dem Pilz Verticillium dahliae gesucht.
Überlebens- und Besiedlungsfähigkeit von Nützlingen an Wurzel und Knolle
Die Überlebens- und Besiedlungsfähigkeit von Antagonisten wurde durch die Inokulation von T4-Lysozymkartoffeln speziell mit Pseudomonas putida (hemmt den Erreger der Knollennassfäule und der Schwarzbeinigkeit) und Serratia grimesii (hemmt den Pilz Verticillium dahliae) überprüft.
Überlebensfähigkeit von antagonistischen Bakterien im Plattentest
Die Empfindlichkeit antagonistischer Bakterien gegenüber T4-Lysozym wurde über deren Kultivierung auf Agar-Platten mit unterschiedlichen Lyzozym-Konzentrationen überprüft.
Ergebnisse
Als Bewertungskriterium für die Wirkung transgener Kartoffelpflanzen diente der Anteil nützlicher Bakterien und Pilze im Boden (wachstumsstimulierende und gegenüber Schaderregern antagonistische Bodenorganismen).
Hinweise, dass die T4-Lysozym-Kartoffel zu einer Beeinträchtigung der mikrobiellen Besiedelung im Boden führen könnte, wurden nicht bestätigt. Die Gesamtzahl der Bakterien und Pilze und deren Artenspektren zeigten weder in der Rhizosphäre noch in direkter Nähe der Knollen signifikante Unterschiede zwischen transgenen und nicht-transgenen Kartoffeln.
Um Aussagen zur Diversität der antagonistischen Bakterien und Pilze treffen zu können, wurden diese mit Hilfe einer Fingerprinting-Methode (BOX-PCR) genotypisch charakterisiert und repräsentative Isolate identifiziert. Auch bei der Analyse ausgewählter Gruppen von Bakterien (z. B. fluoreszierende Pseudomonaden) und Pilzen zeigten sich keine Unterschiede zwischen den transgenen und nicht-transgenen Kartoffeln.
Der Lysozym-tolerante Stamm Pseudomonas putita (pflanzenwachstumsfördernd, Antagonist des Erregers der Schwarzbeinigkeit und der Knollennassfäule) konnte sich zum Zeitpunkt der Blüte signifikant besser an den Wurzeln transgener Kartoffeln etablieren als das Lysozym-empfindliche Bakterium Serratia grimesii (pflanzenwachstumsfördernd, Antagonist des Erregers der Verticillium-Welke).
Thematische Verknüpfungen
Themen
Querschnittsthemen
Förderung
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Förderkennzeichen
0311299
Projekt
Originaltitel
Analyse der Auswirkungen von transgenkodiertem T4-Lysozym auf pflanzenassoziierte bakterielle Nützlinge
Kontakt
PD. Dr. Gabriele Berg
Universität Rostock
Fachbereich Biowissenschaften,
Abteilung Mikrobiologie
Albert-Einstein-Str. 3
18051 Rostock
Tel: 0381/498-6154
Veröffentlichungen
- Projektbericht in: Proceedings zum BMBF-Statusseminar, Braunschweig 1999
- Smalla K., Lottmann J., Götz M., Müller H., Nirenberg H. and Berg G. (2004) Fungal diversity in the rhizosphere of potatoes: No effect of T4 lysozyme expression on fungal antagonists and community patterns revealed. In preparation
- Heuer H., Kroppenstedt R.M., Lottmann J., Berg G., Smalla K. (2002) Effects of T4 lysozyme release from transgenic potato roots on bacterial rhizosphere communities are negligible relative to natural factors. Appl Environ Microbiol. 68, 1325-35
- Lottmann J. and Berg G. (2000) Phenotypic and genotypic characterization of antagonistic bacteria associated with roots of transgenic and non-transgenic potato plants. Microbiol Res., 156 (1): 75-82 Lottmann J., Heuer H., De Vries J., Mahn A., Düring K., Wackernagel W., Smalla K., Berg G. (2000) Establishment of introduced antagonistic bacteria in the rhizosphere of transgenic potatoes and their effect on the bacterial community. FEMS Microbiol.Ecol., Vol 33, pp. 41-49
- Lottmann J., Heuer H., Smalla K., Berg G. (1999): Influence of transgenic T4 lysozyme-producing potato plants on potentially beneficial plant-associated bacteria. FEMS Microbiol.Ecol. 29, 365-377
Forschungsprojekte
Forschungsverbund Lysozym-Kartoffel 1995-2002
- Freisetzung und Resistenzprüfung, BAZ Quedlinburg
- Wirkung im Boden, horizontaler Gentransfer, Uni Oldenburg
- Wirkung auf Knöllchenbakterien, Universität Rostock
- Wirkung auf nützliche Bakterien, Universität Rostock
- Wirkung auf Bakterien- Gemeinschaften im Boden, BBA Braunschweig
- Wirkung auf Bakterien und Pilze im Wurzelraum, BBA Braunschweig Ein weiteres Projekt zur Lysozym-Kartoffel:
- Wirkungen auf Bakterien, Universität Göttingen