Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IMEDie Vereinten Nationen haben den 12. Mai zum Internationalen Tag der Pflanzengesundheit erklärt. Er hat das Ziel, weltweit das Bewusstsein dafür zu schärfen, wie der Schutz der Pflanzengesundheit dazu beitragen kann, die Hungersnot zu beenden, die Armut zu verringern, die biologische Vielfalt und die Umwelt zu schützen und die wirtschaftliche Entwicklung zu fördern. Um die Welt im Jahr 2050 ernähren zu können, muss die landwirtschaftliche Produktion um 50 Prozent gesteigert werden. Der Schutz der Nutzpflanzen vor Schädlingsbefall ist dabei von zentraler Bedeutung. Denn jährlich gehen bis zu 40 Prozent der Ernten im Wert von 200 Milliarden Euro durch Schädlinge und Pflanzenkrankheiten verloren.
Internationaler Tag der Pflanzengesundheit
Unsere FuE Projekte rund um die Pflanzengesundheit
Selbstschutz - Self-Defense
Strukturelle Phloem-Proteine
Das Phloem hat eine entscheidende Funktion beim Transport von Photosyntheseprodukten innerhalb der Pflanze. Allerdings ist es anfällig für Verletzungen, Schädlinge, Parasiten und Krankheitserreger. Um diesen Bedrohungen entgegenzuwirken, haben Pflanzen effektive Abwehrmechanismen entwickelt, zu denen auch strukturelle Phloem-Proteine (P-Proteine) gehören. Diese Proteine tragen dazu bei, beschädigte Siebröhren zu verschließen und so die Pflanze vor Krankheitserregern zu schützen. Ein besseres Verständnis der Rolle von P-Proteinen in der pflanzlichen Abwehr ermöglicht es, Phloem-Engineering als neue Strategie für die Züchtung von Pflanzensorten einzusetzen, die gegen Schädlinge, Krankheitserreger und Parasiten resistent sind. Noll et al. 2022
Immunitäts-Zelloberflächenrezeptoren
Pflanzen erkennen schädliche Mikroben, indem sie molekulare Muster in den Virulenz-Effektoren des Pathogens erkennen. Die Immunitäts-Zelloberflächenrezeptoren Ve1 und Ve2 schützen Pflanzen vor Pilzen der Gattung Verticillium, die die Kraut- und Knollenfäule verursachen, eine weltweite Krankheit, die viele Nutzpflanzen befällt.
Transgene Pflanzen, die Ve1 und Ve2 gemeinsam exprimieren, reduzieren den Titer des Krankheitserregers um weitere 90 Prozent im Vergleich zu Pflanzen, die nur Ve1 oder Ve2 exprimieren. Bioassays zeigen, dass der Ve1Ve2-Komplex durch die schnelle Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) eine spezifisch erhöhte Immunität gegen den Erreger aktiviert. Diese Ergebnisse weisen auf einen Mechanismus hin, mit dem die Zusammensetzung eines Zelloberflächenrezeptor-Heterokomplexes optimiert werden kann, um die Immunität gegen Pflanzenkrankheiten zu verbessern.
Naturkautschuk reduziert Herbivorie
Taraxacum koksaghyz ist eine alternative Kautschukpflanze, die in Europa angebaut wird, wo sie von pflanzenfressenden Maikäferlarven angegriffen werden könnte, die im Boden leben. In einer aktuellen Studie wurden die Auswirkungen von cis-1,4-Polyisopren, einem Hauptbestandteil von Naturkautschuk, auf die Pflanzenresistenz gegenüber Insektenfraß und das Wurzelmikrobiom untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Pflanzen mit reduziertem Kautschukgehalt in Gegenwart der Maikäferlarven größere Biomasseverluste erlitten als Pflanzen mit normalem Kautschukgehalt. Wurden Maikäferlarven mit Futter mit unterschiedlichem Kautschukgehalt gefüttert, bevorzugten die Pflanzenfresser das Futter, das mit Latex mit niedrigem Kautschukgehalt angereichert war. Darüber hinaus hemmte die Zugabe von gereinigtem cis-1,4-Polyisopren die Nahrungsaufnahme der Larven und verringerte ihre Gewichtszunahme.
Stärkung der Pathogenresistenz
Weltweit verursachen Schaderreger signifikante Verluste bei der Kartoffelernte. Das vom BMEL geförderten Verbundprojekt ADLATUS hat sich daher das Ziel gesetzt die Resistenz der Kartoffel gegenüber bedeutenden Schaderregern zu verbessern. Mithilfe neuer Wirtsfaktoren sowie bestehender Abwehrmechanismen soll die Abwehr der Kartoffel insbesondere gegenüber Viren und Fadenwürmer (Nematoden) gestärkt und Erträge künftig gesichert werden. Im Fokus stehen dabei bedeutende Quarantäne- und Nichtquarantäneschaderreger wie Wurzelgallennematoden (Meloidogyne chitwoodi), Kartoffelvirus Y, Kartoffelblattrollvirus und Tabak-Rattle-Virus.
Pathogendetektion
Detektion mittels isothermaler Amplifikation
Kartoffelpflanzen sind anfällig für eine Vielzahl wirtschaftlich relevanter Viren, die die Knollenqualität beeinträchtigen und die Erträge um bis zu 50 Prozent reduzieren. Eine der größten Bedrohungen stellt die viröse Eisenfleckigkeit dar: Eine Knollennekrose, die durch das Tabak-Rattle-Virus (TRV) verursacht und durch Nematoden übertragen wird.
Im Projekt TRV2GO wurde daher ein einfacher, stabiler, sensitiver, ohne spezielle Ausstattung durchführbarer und somit praxistauglicher Nachweis entwickelt. Das Diagnoseverfahren beruht auf einer isothermalen Amplifikation viraler Genabschnitte, kombiniert mit einem spezifischen Nachweis der Amplifikationsprodukte mittels Lateral-Flow Dipstick.
Magnetische Immunodetektion
Das Projekt »Nanosonden-gestütztes Screeningverfahren zur Pflanzenpathogen Detektion« (NanoSPoD) fokussiert auf den Quarantäneerreger Tomato Brown Rugose Fruit Virus (ToBRFV), der bei Tomaten- und Paprikapflanzen zu großen Ernteausfällen führt. Um seine Ausbreitung zu begrenzen, soll ein mobiles Schnelltestsystem für Kontrollbehörden wie die Landwirtschaftskammern entwickelt werden. Bei unserer Nachweismethode werden Viren mit Antikörper-gekoppelten magnetischen Nanosonden spezifisch markiert und die Virusmenge mit einem mobilen Handmessgerät über das magnetische Messsignal bestimmt. Nach einer kurzen Probenvorbereitung kann die Analyse vor Ort innerhalb weniger Minuten durchgeführt werden, was einen großen Zeitvorteil gegenüber der Labordiagnostik darstellt.
Schädlingsbekämpfung
Schad- und Vektor- Insektenkontrolle
Insektenschädlinge sind für bis zu 30% der weltweiten Ernteverluste verantwortlich und verursachen einen geschätzten wirtschaftlichen Schaden von über 500 Milliarden Euro pro Jahr. Es wird erwartet, dass diese Bedrohung mit dem Klimawandel, der zunehmenden Reisetätigkeit und dem globalisierten Handel als Schlüsselfaktoren für die Ausbreitung invasiver Schädlinge weiter zunimmt.
Pflanzenschutz ist ein Wettrüsten, da Insektenschädlinge schnell gegen Insektizide resistent werden. Darüber hinaus schränken behördliche Vorgaben für die auf dem Markt verfügbaren Wirkstoffe die Möglichkeiten der Erzeuger ein, Ernteschäden durch Insekten zu verhindern. Die Mission der Abteilung »Schad- und Vektor- Insektenkontrolle« ist es, neue und umweltfreundliche Pflanzenschutzstrategien zu entwickeln.
Zähmung der Teufelszwirne - Blühzeitkontrolle von Cuscuta spp.
Teufelszwirne, auch Cuscuta genannt, sind einjährige Holoparasiten, die ihr Überleben sichern, indem sie ihren Wirtspflanzen Wasser und Nährstoffe entziehen. Werden Nutzpflanzen befallen, sind oft hohe Ertragseinbußen die Folge. Die Pflanzen produzieren zudem große Mengen an Samen, die auch mehrere Jahre im Boden überdauern können, was sie zu einer doppelten Bedrohung für die globale Landwirtschaft macht.
Das Verständnis der Blühinduktion des Parasiten könnte ein Schlüssel zu seiner Bekämpfung sein.