Das Projekt "PrimedPlant"

Widerstandsfähigere Nutzpflanzen durch Priming?

04.06.2020

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Schadpilz Puccinia hordei in einem Gerstenblatt

Priming bedeutet, dass Pflanzen bei Kontakt mit bestimmten Substanzen in einen erhöhten Abwehrzustand versetzt werden. Das schützt sie, wenn später Krankheitserreger angreifen oder extreme Wetterbedingungen auftreten. Könnte man dieses Phänomen nutzen, um auch Kulturpflanzen durch Züchtung gezielt widerstandsfähiger zu machen? Dieser Frage geht das Forschungsprojekt „PrimedPlant“ am Beispiel von Gerste nach. Hier sieht man, wie der Schadpilz Puccinia hordei ein Gerstenblatt befallen hat. (Bildquelle: © Yvonne Becker / JKI Braunschweig)

Gerste im Gewächshaus

Zu Beginn des Projektes testete das Projektteam an 200 Linien, ob und in welchem Maß die unterschiedlichen Genotypen primebar sind. Dafür wurden bestimmte bakterielle Moleküle als Priming-Auslöser (Induktoren) eingesetzt. (Bildquelle: © Gwendolin Wehner / JKI Quedlinburg)

Uredosporen von Puccinia hordei auf einem Gerstenblatt

Die behandelten Pflanzen wurden anschließend Schadpilzen ausgesetzt und ihre Reaktionen darauf analysiert. Dabei zeigte sich, welche Genotypen besonders gut primebar waren und damit widerstandsfähiger gegen Krankheitserreger. (Bildquelle: © Gwendolin Wehner / JKI Quedlinburg)

Analysen im Labor

Das Team analysierte im Labor, welche physiologischen Reaktionen durch den Stress hervorgerufen werden und wie die Schaderreger mit den Pflanzen interagieren. Es wurden auch Genomweite Assoziationsstudien durchgeführt, um herauszufinden, welche genetischen Elemente für ein Priming essentiell sind. (Bildquelle: © Nina Bziuk / JKI Braunschweig)

Myzel von Blumeria graminis auf einem Gerstenblatt

In der ersten Projektphase (2016-2019) zeigte sich bereits, dass ein Priming von Gerste durch Knöllchenbakterien (Ensifer meliloti) möglich ist, die auch natürlicherweise im Boden vorkommen. Die geprimten Pflanzen waren gegen verschiedene Krankheitserreger wie Mehltau und Zwergrost sowie Schädlinge wie Blattläuse deutlich widerstandsfähiger. (Bildquelle: © Dimitar Kostadinov Douchkov / IPK Gatersleben)

Keimende Blumeria graminis Spore

Ein weiteres Ergebnis ist, dass der Effekt stark vom jeweiligen Genotyp abhängt. Einige Linien ließen sich gut primen, andere überhaupt nicht. Zwei spezifische Genomabschnitte konnte das Team identifizieren (sogenannte „quantitative trait loci“ oder kurz QTLs), die für ein erfolgreiches Priming notwendig sind. (Bildquelle: © Yvonne Becker / JKI Braunschweig)

Bodenmikrobiome: Bakterielle Isolate aus der Rhizosphäre einer Gerstenpflanze

In der zweiten Phase des Projektes (2020-2023) sollen nun Marker für diese QTLs identifiziert werden, um gezielt primebare Gerstensorten züchten zu können. Zusätzlich wird das natürliche Bodenmikrobiom der Gerste genauer analysiert. Dabei soll auch die Frage geklärt werden, ob sich Priming-induzierende Mikroorganismen gegen anderen Mikroorganismen im Boden durchsetzen können. (Bildquelle: © Nina Bziuk / JKI Braunschweig)

Feldversuche

In der zweiten Projektphase beginnen auch Feldversuche an zwei Standorten – in Bayern und Niedersachsen. Hier werden zwei Referenzsorten und fünf Gerste-Linien angebaut, die unterschiedlich primebar sind. Das Team überprüft dabei, wie die unterschiedlichen Genotypen unter Feldbedingungen reagieren. Das Priming erfolgt durch Bakterien, die im Gießwasser enthalten sind. (Bildquelle: © Adam Schikora / JKI Braunschweig)

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