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Phytoplasmen Schädling von Weinpflanzen genetisch variabel

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Phytoplasmen stehen mit über 100 Pflanzenkrankheiten im Zusammenhang, können aber bis heute nicht im Labor gezüchtet werden. Genaue Untersuchungen der zellwandlosen Bakterien sind daher kaum möglich. Im Rahmen eines Projekts, das sich mit der Schädigung von Weinpflanzen durch Phytoplasmen beschäftigte, haben Forscher nun eine hohe genetische Variabilität dieser schädlichen Bakterien.

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Ist der Weinstock infiziert ist die Ernte in Gefahr – Phytoplasmen stehen mit über 100 Pflanzenkrankheiten im Zusammenhang.
Ist der Weinstock infiziert ist die Ernte in Gefahr – Phytoplasmen stehen mit über 100 Pflanzenkrankheiten im Zusammenhang.
(Bild: gemeinfrei )

Klosterneuburg, Wien/Österreich – Phytoplasmen sind das „Gott-Sei-Bei-Uns“ der Pflanzenpathologen: Sie stehen mit über 100 Pflanzenkrankheiten im Zusammenhang, können aber bis heute nicht im Labor gezüchtet werden. Genaue Untersuchungen der zellwandlosen Bakterien sind daher kaum möglich. Einem Team am Health & Environment Department des AIT Austrian Institute of Technology ist es nun in Zusammenarbeit mit der Höheren Bundeslehranstalt für Wein- und Obstbau, Klosterneuburg, gelungen, ein in österreichischen Weingärten verbreitetes Phytoplasma näher zu analysieren – und dabei konnte es Überraschendes feststellen.

Hohe genetische Variabilität nachgewiesen

Ein wesentlicher Aspekt des von Günter Brader geleiteten Projekts des Wissenschaftsfonds FWF war dabei die Isolierung und Charakterisierung der DNA von ganz bestimmten Phytoplasmen: Jene, die für eine als Schwarzholzkrankheit (Bois Noir) bezeichnete Vergilbungserkrankung von Weinreben verantwortlich sind. Die spezielle Herausforderung dabei erläutert Brader so: „Da es ja keine Laborkulturen der Phytoplasmen gibt, isolierten wir zunächst die gesamte DNA von befallenen Wirtspflanzen. Damit erhielten wir ein Gemisch von Pflanzen- und Bakterien-DNA. Dank einer speziellen Zusammensetzung der Phytoplasmen-DNA konnten wir diese dann mit besonderen Methoden abtrennen.“ Einmal isoliert, konnte das Team mit der Charakterisierung der DNA beginnen. Anschließende Vergleiche bestimmter DNA-Sequenzen zeigten dann überraschenderweise, dass es in Österreich mindestens 14 Genotypen – also genetisch unterschiedliche – Phytoplasmen gibt.

Von der Brennnessel auf den Wein

Weitere Untersuchungen ergaben, dass eine aktuell in Österreich grassierende Ausbreitungswelle der Schwarzholzkrankheit hauptsächlich durch einen einzigen dieser 14 Genotypen verursacht wird. „Zwei Drittel aller Erkrankungen sind allein auf diesen einen Genotyp zurückzuführen“, erklärt Brader. Verbreitet wird dieser Typ durch eine spezielle Zikade (die Windenglasflügelzikade), wobei die Brennnessel als Zwischenwirt dient. Die Klärung dieses Verbreitungsweges war insofern überraschend, als bisherige Arbeiten andere Routen identifiziert hatten. „Die Verbreitung könnte sich in den letzten Jahren geändert haben“, meint Günter Brader vom AIT, dessen Erkenntnisse nun wesentlich zu den Möglichkeiten der Bekämpfung beitragen.

Infektionsvergleich mit unterschiedlichen Genotypen

In einem zweiten Teil des Projekts wurden Modellpflanzen (Tomaten und Immergrün) mit insgesamt sechs Genotypen des Phytoplasmas infiziert. Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, ob die unterschiedlichen Genotypen gleiche oder verschiedene Symptome in den Pflanzen verursachen würden. Tatsächlich zeigten die Stämme markant unterschiedliche Symptome. Dazu Brader: „Wir vermuten, dass so genannte Effektoren für diese unterschiedlichen Symptome zuständig sind. Das sind Proteine, die von den Bakterien in die Wirtzelle abgegeben werden und so den Infektionsprozess unterstützen.“

Wichtige Einblicke in die Möglichkeit für die Schädlingsbekämpfung

Auch die Verteidigungsmechanismen der Pflanze interessierte das Team. So untersuchte man die Wirkung der als Abwehrstoff bekannten Salicylsäure in den Modellpflanzen. Dabei zeigte sich, dass diese scheinbar wenig Einfluss auf die Anfälligkeit der Pflanzen hatte. So wurden Tomatenpflanzen infiziert, die keine Salicylsäure akkumulieren konnten. Würde diese Säure im Kampf gegen Phytoplasmen eine wichtige Rolle spielen, so hätten diese Pflanzen deutlich anfälliger für eine Infektion sein sollen – doch tatsächlich zeigten sie kaum Unterschiede zu den unveränderten Formen. Zusätzlich wurde analysiert, ob eine vorherige Behandlung mit anderen Bakterien sich in irgendeiner Form auf die Infektion auswirken würde – und sich somit ein Weg zur biologischen Schädlingsbekämpfung anbieten würde. Doch hier waren die Ergebnisse ernüchternd: Eine einzige Bakterienart („Bacillus atrophaeus“) verzögerte die Entstehung von Erkrankungssymptomen und reduzierte die Anzahl von Phytoplasmen in der Pflanze – die Intensität der Symptome blieb jedoch gleich.

Diese Erkenntnisse der Grundlagenforschung über Verbreitungswege und Infektionsverläufe bieten wichtige Einblicke in die Möglichkeit für die Schädlingsbekämpfung und bilden die notwendige Grundlage, um Eingriffe zielgerichtet und effizient zu machen.

Originalpublikationen:

Aryan, A., Musetti, R., Riedle-Bauer, M., Brader, G.: Phytoplasma transmission by heterologous grafting influences viability of the scion and results in early symptom development in periwinkle rootstock. Journal of Phytopathology 164, 631–640, 2016 DOI: 10.1111/jph.12486

Aryan, A., Brader, G., Mörtel, J., Pastar, M. & Riedle-Bauer, M.: An abundant Candidatus Phytoplasma solani tuf b strain is associated with grapevine, stinging nettle and Hyalesthes obsoletus. European Journal of Plant Pathology 140(2), 213-227, 2014 DOI: 10.1007/s10658-014-0455-0

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