Der richtige Stoff am richtigen Ort zur richtigen Zeit

Bananen produzieren ihre eigene Giftspritze gegen Fressfeinde

20.12.2013 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Für etwa 400 Millionen Menschen in den Ländern der tropischen und subtropischen Regionen zählen Bananen zu den Grundnahrungsmitteln. (Quelle: © Digitalpress - Fotolia.com)
Für etwa 400 Millionen Menschen in den Ländern der tropischen und subtropischen Regionen zählen Bananen zu den Grundnahrungsmitteln. (Quelle: © Digitalpress - Fotolia.com)

Die Banane hat neben zahlreichen Liebhabern auch genussvolle Feinde. Diese bedrohen die Ernteerträge und richten beträchtliche wirtschaftliche Schäden an. Einer der Hauptschädlinge ist ein Fadenwurm namens Radopholus similis, der die Wurzeln der Bananen befällt. Einige Stauden können sich jedoch gegen den Parasiten wehren und produzieren zielgenau giftige Substanzen, die den Feind zur Strecke bringen. Dieses Wissen könnte nun helfen, widerstandsfähigere Bananensorten zu züchten.

Bananen sind nicht nur hierzulande beliebt. Ob als süßes Obst (Dessertbanane) oder als herzhaft zugebereitete Kochbanane, die gekrümmte Frucht gehört zu den wichtigsten Nahrungspflanzen. Vor allem in den tropischen und subtropischen Regionen dieser Erde, wo die Bananen (Musa ssp.) heimisch sind.

Kleiner Wurm, großer Schaden

Doch der parasitische Fadenwurm Radopholus similis ist eine echte Bedrohung für die gelbe Frucht.    Er zählt - neben Pilzen und Insekten - zu den Hauptschädlingen von Bananen und lässt sich in allen Anbauregionen der Erde wiederfinden. Der gefürchtete Schädling hat daneben auch noch Zitruspflanzen und Kaffee auf seiner Speisekarte.

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Wurzeln der nicht-resistenten Bananensorte (oben) und der resistenten Bananensorte (unten): Die resistente Sorte besitzt wenig befallenes (dunkles) Wurzelgewebe. Die massiven Schäden an den Wurzeln der nicht-resistenten Banane führen zum Absterben der Pflanze.

Wurzeln der nicht-resistenten Bananensorte (oben) und der resistenten Bananensorte (unten): Die resistente Sorte besitzt wenig befallenes (dunkles) Wurzelgewebe. Die massiven Schäden an den Wurzeln der nicht-resistenten Banane führen zum Absterben der Pflanze.

Quelle: © MPI f. chemische Ökologie/Dirk Hölscher

Die Würmer sind zwar nur wenige Millimeter lang, der durch sie verursachte Schaden ist jedoch gigantisch groß. Ernteverluste von bis zu 75 Prozent, ein wirtschaftlicher Totalausfall, sind keine Seltenheit. Der Parasit befällt dabei speziell die Wurzeln der Bananenpflanzen und führt hier zu Kümmerwuchs. Die ausreichende Versorgung mit Nährstoffen und Wasser wird behindert. Durch die verkümmerten Wurzeln haben die Pflanzen am Ende keinen Halt mehr und kippen um. Meist noch bevor die Früchte erntereif sind.

Alternativen zur chemischen Keule gesucht

Derzeit werden die winzigen Schädlinge mit speziellen Pflanzenschutzmitteln bekämpft. Deren Einsatz ist jedoch mit einem gesundheitlichen Risiko für die Arbeiter verbunden, die mit den Mitteln in Berührung kommen und kann anderen Organismen sowie der Umwelt schaden. Um potentiell gefährliche chemische Hilfsstoffe zu vermeiden, sucht man nach Alternativen. Obwohl Ansätze einer biologischen Schädlingskontrolle vielversprechend sind, gibt es derzeit lediglich Erfolge im Gewächshaus. Allerdings müssen die meisten Strategien noch im freien Feld erprobt werden.

Ein internationales Forscherteam um Dirk Hölscher vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie untersuchte nun eine pflanzeneigene Abwehrstrategie. Denn es gibt auch Bananensorten, die gegen den Winzling resistent sind.

Zielgerichtete Abwehrstoffproduktion

Dazu verglichen sie eine resistente Bananensorte mit einer, die sich nicht gegen den Parasiten wehren kann. Sie infizierten die Pflanzen mit den Fadenwürmern (auch Nematoden genannt) und untersuchten das Abwehrverhalten der Pflanzen. Die Forscher kombinierten dabei moderne spektroskopische Analysemethoden und bildgebende Verfahren.

Sowohl infizierte resistente als auch für die Schädlinge anfällige Pflanzen produzierten Abwehrstoffe (Phytoalexine) gegen die Eindringlinge. Die Pflanzen bildeten dabei nur am Ort der Gefahr, also in den befallenen Wurzelarealen, sekundäre Pflanzenstoffe zur eigenen Schädlingsbekämpfung und nicht in gesundem Gewebe. Soweit die Gemeinsamkeiten. Doch die anfälligen Pflanzen bildeten nicht nur weniger Abwehrstoffe, sondern wiesen auch Unterschiede in der Zusammensetzung des Abwehrstoffcocktails auf. Vor allem ein spezieller Stoff (Anigorufon) fiel dabei auf: Er wurde im Vergleich zu den anfälligen Pflanzen, bei den resistenten Pflanzen in der doppelten Konzentration in den geschädigten Bereichen gebildet. Anigoufon ist eine aromatische Verbindung, die zur Gruppe der Phenylphenalenone und damit zu den sekundären Pflanzeninhaltsstoffen gehört.

„Die Produktion des Abwehrstoffs allein macht die Banane noch nicht resistent. Vielmehr ist die gezielte Anreicherung in ganz bestimmten Regionen, nämlich genau dort, wo die Nematoden die Wurzel beschädigen, entscheidend. In diesen eingegrenzten Bereichen haben wir bei der resistenten Sorte weit höhere Werte gemessen“, fasst Dirk Hölscher zusammen.

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Mikroskopische Aufnahme des Fadenwurms Radopholus similis: In dem Nematoden sind deutlich die Fetttröpfchen zu sehen, die die Abwehrsubstanz, das Phenylphenalenon Anigorufon (gelb), enthalten.

Mikroskopische Aufnahme des Fadenwurms Radopholus similis: In dem Nematoden sind deutlich die Fetttröpfchen zu sehen, die die Abwehrsubstanz, das Phenylphenalenon Anigorufon (gelb), enthalten.

Quelle: © Universität Löwen, Belgien/ S. Dhakshinamoorthy

Wie das Gift wirkt

Die Fadenwürmer nehmen die Pflanzengifte auf. Vor allem der Stoff Anigorufon stellte sich als wirksamstes Tötungsinstrument heraus. Dabei bilden sich kleine Fetttröpfchen im Innern der Parasiten, in denen Anigorufon gespeichert wird. Die Fetttröpfchen fließen zusammen und vergrößern sich dadurch, bis die Schädlinge daran zugrunde gehen. Wie und warum diese Fetttröpfchen genau gebildet werden und wieso die Würmer das Gift nicht z.B. abbauen können, gilt es nun weiter zu erforschen.

Bananeneigene Abwehr als Züchtungsvorlage

Die Fähigkeit der untersuchten Bananensorte, sich selbst gegen die Schädlinge zur Wehr zu setzen, könnte in andere kommerziell wichtige, ertragreiche Sorten eingeführt werden. Die vorliegenden Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung, um künftig resistentere Bananensorten züchten zu können. Im Folgenden wollen die Wissenschaftler die Bildung der Abwehrstoffe auf molekularer Ebene untersuchen und die beteiligten Gene identifizieren. Sie wollen dabei herausfinden, wie die Pflanze die Stoffe genau produziert und wie sie die zielgerichtete Abwehr steuert.

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