M4F Aktuell: Wie Klimastress Pflanzen krankmacht

Esca & Co ist eigentlich eine stressbedingte Krankheit. Die verursachenden Pilze können viele Jahre im Holz siedeln, ohne Symptome zu verursachen. Wenn die Pflanze jedoch Klimastress ausgesetzt wird, wie es auch hierzulande immer öfter geschieht, kann der Pilz das wahrnehmen und zieht dann andere Saiten auf - er bringt seinen Wirt um, klaut sich die Energie aus der Leiche, macht Sex und macht sich davon (er bildet Sporen). Der evolutionäre Sinn besteht darin, dass der Pilz von einem kränkelnden Wirt nicht mehr viel zu erwarten hat und sich daher eine neue Bleibe suchen muss. Der Ausbruch von Esca & Co wird also von chemischen Signalen gesteuert. In einer Kooperation mit dem Institut für Biologische Wirkstoff-Forschung (IBWF) in Kaiserslautern ist es uns nun gelungen, zwei dieser Signale aufzuklären. Unter Stress häuft sich im Holz der Weinrebe Ferulasäure an, weil diese Vorstufe des Holzstoffs Lignin nicht mehr eingebaut werden kann. Der Pilz Neofusicoccum parvum hat "gelernt", Ferulasäure als Signal für die Krise der Wirtspflanze zu erkennen und reagiert damit mit der Bildung von Fusicoccin A. Auch Fusicoccin A ist ein Signal. Es löst in der Weinrebe den programmierten Zelltod aus, eine Form von zellulärem Selbstmord, der eigentlich für die Abwehr von sogenannten biotrophen Pathogenen gedacht ist. Diese "modernen" Erreger können die Wirtszelle in eine Art Zombie verwandeln, der willenlos den Eindringling mit Zucker versorgt. Die ökonomisch bedeutenden Krankheiten Rebenperonospora und Mehltau zählen hier dazu. Der Selbstmord der Zombiezelle reißt auch diese biotrophen Erreger mit in den Tod. Für die Abwehr von Esca & Co ist diese Form von Verteidigung jedoch völlig unangebracht. Esca-Pilze ernähren sich ja ohnehin von Zell-Leichen, sie sind, wie man sagt, nekrotroph. Eine Wirtszelle, die sich selber umbringt, ist daher für den Pilz ein gefundenes Fressen. Fusicoccin A manipuliert also die Abwehr der Pflanze in einer Weise, die nicht der Pflanze nützt, dem Pilz aber schon. Diese raffinierte Manipulation über chemische Signale konnten wir nun aufklären und soeben in der Fachzeitschrift Plant Cell & Environment publizieren.

Khattab I, Fischer J, Kazmierczak A, Thines E, Nick P (2022) Hunting the plant surrender signal activating apoplexy in grapevines after Neofusicoccum parvum infection. Plant Cell Environment doi.org/10.1111/pce.14468 - pdf

 

BEITRAG CAMPUSRADIO

 

M4F - Microbes for Future

Wir wollen Mikroben im Boden nutzen, um Weinreben gegen die durch den Klimawandel bedingte Esca-Krankheit zu wappnen.

Der Klimawandel ist auch in unserer Region angekommen. Die heißen und trockenen Sommer hinterlassen auch im Weinbau immer mehr Spuren. An sich harmlose Pilze, die als zumeist friedliche "Mitesser" im Holz des Weinstocks siedeln, werden plötzlich zu üblen Killern, die ihre Wirtspflanze binnen weniger Tage mit Giftstoffen umbringen und dann die Energie der Leiche nutzen, um sich der sexuellen Fortpflanzung hinzugeben und dann über die Sporen sich einen neuen, ertragreicheren Wirt zu suchen. Es handelt sich nicht um eine neue Krankheit. Die erste Beschreibung dieses sogenannten apoplektischen Zusammenbruchs stammt aus dem im frühen Mittelalter herausgegebenen Buch Kitab al Filaha, das damals das gesammelte landwirtschaftliche Wissen der arabischen Welt wiedergab. Freilich ist dieses Phänomen, unter den Winzern auch als Esca-Syndrom bekannt (weil das Holz zunderartig, lateinisch esca, zersetzt wird) immer häufiger geworden. Allein im Elsass werden die 2018 durch Esca verursachten Schäden auf mehr als 1 Mrd. € geschätzt.

In unseren früheren Forschungen konnten wir zeigen, dass die Apoplexie von einer fehlgeleiteten chemischen Kommunikation zwischen dem gestressten Wirt und dem Pilz verursacht wird. Wir konnten ebenfalls zeigen, dass manche Europäischen Wildreben in der Lage sind, diese Kommunikation zu ihren Gunsten zu verändern und so resistent sind. Wenn wir ein Verfahren finden, dies auch in unseren anfälligen Kulturreben hinzubekommen, könnten wir so den Weinbau klimafest machen.

Genau dies ist das Ziel unseres Projekts „Microbes for Future“. So wie wir eine Darmflora haben, die für unser Immunsystem wichtig ist, besitzen Pflanzen in ihrem Wurzelraum ein sorgsam gepflegtes Pflanzenmikrobiom. Wir wollen nun herausfinden, wie sich dieses Mikrobiom von kranken und gesunden Reben unterscheidet und ob wir es günstig beeinflussen können. Dazu wollen wir sogenannte terra preta (Schwarzerde) einsetzen und untersuchen, wie wir dadurch das Mikrobiom und das pflanzlichen Immunsystem verbessern können.

Das Projekt ist eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen dem Botanischen Institut (Prof. Dr. Peter Nick) und dem Institut für Biologische Grenzflächen V (Prof. Dr. Anne Kaster) und wird aus dem Strategiefond des Präsidiums gefördert.