Vom Paulus zum Saulus

Horizontaler Gentransfer verwandelt gutartige Rhodococcus-Bakterien in Schädlinge

16.01.2018 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Rhodokokken können das Wurzelwachstum fördern und es Pflanzen ermöglichen, mehr Wasser und Nährstoffe aus dem Boden aufzunehmen. (Bildquelle: © iStock.com/KateLeigh)
Rhodokokken können das Wurzelwachstum fördern und es Pflanzen ermöglichen, mehr Wasser und Nährstoffe aus dem Boden aufzunehmen. (Bildquelle: © iStock.com/KateLeigh)

Die allermeisten Arten von Rhodococcus-Bakterien nützen Pflanzen. Einige wenige schaden ihnen jedoch. Der Wandel von der einen in die andere Form passiert nach Austausch von Plasmid-DNA. Jetzt muss geklärt werden, ob dieser Effekt auch in anderen Bakterienarten auftritt.

Rhodokokken sind Bakterien, die gemeinsam mit unterschiedlichsten Pflanzenarten vorkommen. Meist leben sie in Gemeinschaft mit krautigen, mehrjährigen Pflanzen, wie Schmetterlingsflieder, Fiederspiere, Großblumige Margerite, Männertreu oder Chrysanthemen. Die meisten Rhodokokken sind harmlos.

Doch auf erschreckend einfache Art und Weise können Rhodokokken von einem gutartigen zu einem pathogenen Stamm wechseln. Verantwortlich dafür ist ein einziges Plasmid, gerade einmal 200 Kilobasenpaare lang, mit drei Virulenz-Loci. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie der Oregon State University. Da alle Virulenz-Plasmide sich genetisch stark ähneln, vermuten die Wissenschaftler, dass sie erst vor relativ kurzer Zeit entstanden sind.

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Eine Blattgalle, die durch Rhodococcus-Bakterien verursacht wurde, an einem Schmetterlingsflieder.

Eine Blattgalle, die durch Rhodococcus-Bakterien verursacht wurde, an einem Schmetterlingsflieder.

Quelle: Melodie Putnam, OSU

Von gut zu böse in nur einem Schritt

Gutartige Bakterien können dieses Plasmid ganz einfach über horizontalen Gentransfer aufnehmen und verwandeln sich somit in Krankheitserreger. Verlieren Rhodokokken das Plasmid, so werden sie wieder harmlos. „Der Wechsel ist ungewöhnlich und eine Herausforderung für Gärtnereien“, erklärt Jeff Chang, in dessen Labor die Experimente stattfanden.

Pflanzen, die mit schädlichen Rhodokokken infiziert sind, zeigen ein deformiertes Wachstum und bilden an Stamm oder Blättern sogenannte Gallen aus. Gerade bei Zierpflanzen, die allein aufgrund ihres hübschen Aussehens gezüchtet und gepflanzt werden, sind diese Wachstumsveränderungen der Todesstoß. Den Gärtnereien bleibt nichts anders übrig, als sie zu vernichten.

Verhaltenstipps für Gärtnereien

„Wir haben verfolgt, wie nützliche und schädliche Rhodokokken von Pflanze zu Pflanze und von Gärtnerei zu Gärtnerei wandern“, berichtet Chang. Einige Gärtnereien scheinen infizierte Pflanzen von der gleichen Quelle bezogen zu haben. Bei anderen deuten die Hinweise auf einen Punktquellenausbruch ausgehend von einer endemischen Rhodokokken-Population hin. Und in einigen Fällen bleibt die Ursache für den Krankheitsausbruch ungeklärt.

Wenn Gärtnereien eine Infektion mit schädlichen Rhodokokken vermeiden wollen, sollten sie ihre Pflanzenaufzucht so sauber wie möglich halten. Bisher gibt es kein Gegenmittel gegen Rhodokokken. Da die meisten Stämme harmlos sind oder sogar einen positiven Effekt auf Pflanzen haben, sollte man wohl auch vermeiden, sie komplett zu vernichten.

„Es ist möglich, dass auch gutartige Rhodococcus-Stämme bei Pflanzen Wachstumsveränderungen auslösen, die als Krankheitssymptome fehlinterpretiert werden können“, sagt Elizabeth Savory, Autorin der Studie. Damit das nicht passiert, haben die Wissenschaftler einen molekularen Test entwickelt, mit dem Gärtnereien ganz einfach herausfinden können, ob ihre Pflanzen mit schädlichen oder gutartigen Rhodokokken infiziert sind.

Rhodokokken können auch nützlich sein

Denn auch das ist eine neue Erkenntnis der Studie: Rhodokokken können den Wirtspflanzen nützen. Sie fördern das Wurzelwachstum und ermöglichen den Pflanzen, mehr Wasser und Nährstoffe aus dem Boden aufzunehmen.

Der Grat zwischen Gut und Böse ist im Fall der Rhodokokken besonders schmal. Ob auch andere Bakterienarten mithilfe von Virulenz-Plasmiden ihr Verhalten ändern, wird Gegenstand weiterer Forschung sein.

In einem ganz besonderen Fall konnten die Bakterien aber durch die aktuelle Arbeit rehabilitiert werden. Die Geschichte begann 2011 in Pistazienhainen an der Westküste der USA. Dort beobachteten Bauern erstmals, wie ihre jungen Bäume verkümmerten.

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Pistazien am Baum: An der Westküste der USA zeigten Pistazienbäume bereits mehrmals Auffälligkeiten im Wachstum. Die Landwirte und Wissenschaftler verdächtigten das Bakterium Rhodococcus. Zu Unrecht, wie sich jetzt zeigt.

Pistazien am Baum: An der Westküste der USA zeigten Pistazienbäume bereits mehrmals Auffälligkeiten im Wachstum. Die Landwirte und Wissenschaftler verdächtigten das Bakterium Rhodococcus. Zu Unrecht, wie sich jetzt zeigt.

Quelle: © lauranovel / Fotolia.com

Pistazienbäume sind resistent

Anstatt einen kräftigen Hauptstamm zu bilden, blieben die Kronen der Bäume klein und buschig. Ihre Wurzeln verkümmerten und nahmen nur wenig Wasser und Nährstoffe aus dem Boden auf. Das Pfropfen einer Sorte auf den Stamm einer anderen funktionierte ebenfalls nicht mehr.

Als Pistachio Bushy Top Syndrome, also etwa Pistazien-Buschkronen-Syndrom, wurde die Krankheit in den US-amerikanischen Medien bekannt. Schätzungsweise waren mehr als eine Million Bäume von der Krankheit betroffen. Zahlreiche Bauern fürchteten erhebliche Ernteausfälle. Sie sahen sich dazu gezwungen, ihre Bäume auszureißen und neue zu pflanzen. Der wirtschaftliche Schaden war immens.

Zu Unrecht verdächtigt

Bald schien der Schuldige gefunden zu sein: Das Bakterium Rhodococcus wurde damals für die Plage verantwortlich gemacht. Zu Unrecht! Neue Analysen widersprechen dieser Theorie. Wissenschaftler von der Oregon State University analysierten Gewebeproben der Pistazienbäume mit Wachstumsdefekten und fanden lediglich gutartige Rhodokokken.

Als die Wissenschaftler versuchten, mit diesen Rhodokokken die Tabakpflanze Nicotiana benthamiana zu infizieren, scheiterten sie. Auch Erbsenpflanzen, beliebtes Objekt für Rhodokokken-Experimente, und gesunden Pistazien-Bäumen konnten die aus den deformierten Bäumen isolierten Rhodokokken nichts anhaben. Was also hatten die Bauern beobachtet?

Rhodokokken zumindest waren es nicht. Hinter den Symptomen der verkümmerten Pistazienbäume scheint ein anderer, bisher nicht identifizierter Krankheitserreger zu stecken. Die Pistazienbäume zeigten sich sogar resistent gegen nachweislich krankheitserregende Stämme von Rhodococcus.

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