Steuerung der Sporenkeimung bei phytopathogenen Pilzen

Im Fokus der Untersuchungen stand der niedere Pilz Plasmodiophora brassicae, der bei Rapspflanzen Wucherungen an den Wurzeln verursacht – die sogenannte Kohlhernie. Diese Krankheit tritt weltweit in nahezu allen Rapsanbaugebieten auf und führt zu erheblichen Ertragsverlusten – eine direkte Bekämpfungsmöglichkeit des Pilzes existiert bisher nicht.

Sterile Wurzelexsudate ohne Wirkung

Die Forscherinnen und Forscher wollten herausfinden, ob die Wurzelexsudate die ruhenden Sporen des Pilzes zur Keimung anregen. Wurzelexsudate sind verschiedene Substanzen, die von Pflanzenwurzeln an den Boden abgegeben werden. Dabei handelt es sich um eine Vielzahl von organischen und anorganischen Verbindungen wie Zuckern, Aminosäuren, Enzymen, Hormonen und anderen Stoffen. Bekannt ist, dass Wurzelexsudate als Kommunikations- und Interaktionsmittel zwischen den Pflanzen und der umgebenden Bodenmikrobiologie dienen. Sie beeinflussen das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen, die Zusammensetzung des Bodenmikrobioms sowie die Verfügbarkeit von Nährstoffen im Boden.

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Zu ihrer Überraschung stellten sie fest, dass steril gewonnene Wurzelexsudate keinerlei Keimung der Sporen bewirkten, unabhängig davon, ob es sich um Wirtspflanzen oder Nicht-Wirtspflanzen handelte. Dieses Ergebnis widerlegte die bisherige Annahme, dass die Wurzelexsudate die primären Auslöser der Sporenkeimung und somit der Wurzelinfektion sind.

Bodenbakterien verantwortlich

Bei weiteren Experimenten stellte sich heraus, dass für die Keimung der Sporen eine Kombination verschiedener Faktoren erforderlich ist. Die Anwesenheit von Bodenbakterien, Nitrat sowie bestimmten Zuckern und Aminosäuren erwies sich als unerlässlich. Interessanterweise veränderte sich auch die Zusammensetzung des bakteriellen Mikrobioms bei bestimmten Bedingungen und erhöhte die Sporenkeimung. Noch ist unklar, um welche Bakterien es sich genau handelt und welcher Mechanismus letztendlich die Keimruhe beendet.

Neuer Ansatz für die Pilzbekämpfung

Die Ergebnisse dieser Studie könnten von großer Bedeutung für die Entwicklung innovativer Strategien zur Bekämpfung von Wurzelkrankheiten sein. Durch ein besseres Verständnis der Steuerung der Keimruhe von Dauersporen könnte das Infektionspotenzial des Ackerbodens reduziert werden. Eine mögliche Anwendung wäre beispielsweise die gezielte Auslösung der Sporenkeimung in einem Jahr, in dem die Wirtspflanze nicht angebaut wird. Dadurch würde das Pathogen keine geeignete Wirtspflanze finden und sich nicht weiter vermehren können.

Die Forschungsgruppe unter der Leitung von Andreas von Tiedemann möchte nun weitere Untersuchungen durchführen, um die beteiligten Bakterien und die Steuermechanismen zu identifizieren.

Quelle:
Wang, Y. et al. (2023): „The soil bacterial community regulates germination of Plasmodiophora brassicae resting spores rather than root exudates.“ In: PLoS Pathogens (2023). doi: 10.1371/journal.ppat.1011175

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Titelbild: Wucherungen an Rapswurzeln durch den Befall mit Plasmodiophora brassicae. (Bildquelle: © Andreas von Tiedemann / Universität Göttingen)