Weizen zählt zu den bedeutendsten Nahrungsmitteln weltweit und trägt maßgeblich zur globalen Ernährungssicherheit bei, indem er etwa zwanzig Prozent der täglichen Kalorien- und Proteinaufnahme der Menschen bereitstellt. Doch die Erträge dieser wichtigen Kulturpflanze sind durch verschiedene Pflanzenkrankheiten, insbesondere durch den Weizenmehltau, erheblich bedroht. Diese Krankheit wird durch einen speziellen Pilz verursacht, der in der Lage ist, die Abwehrmechanismen des Weizens zu überwinden. Angesichts der zunehmenden Herausforderungen durch solche Krankheiten wird die Entwicklung von Weizensorten mit angeborenen Resistenzen immer wichtiger.
Ein Forschungsteam der Universität Zürich hat kürzlich einen neuen Mechanismus entdeckt, der es dem Weizenmehltau erlaubt, das Immunsystem der Pflanze zu umgehen. Diese Erkenntnisse könnten nicht nur das Verständnis der Interaktion zwischen Weizen und Mehltau erweitern, sondern auch neue Ansätze zur Züchtung resistenterer Weizensorten ermöglichen.
In ihrer Studie untersuchten die Wissenschaftler des Instituts für Pflanzen- und Mikrobiologie der Universität Zürich, wie der Mehltau trotz der Anwesenheit von Resistenzgenen in Weizenpflanzen in der Lage ist, eine Infektion zu etablieren. Dabei identifizierten sie ein komplexes Zusammenspiel zwischen den Resistenzfaktoren des Weizens und den virulenten Faktoren des Mehltaus. „Dieses vertiefte Verständnis der Mechanismen ermöglicht es uns, die Resistenzgene gezielt zu nutzen und die Schwächung der Abwehr zu verlangsamen“, erklärt Zoe Bernasconi, eine der Hauptautoren der Studie, die im Fachjournal „Nature Plants“ veröffentlicht wurde.
Der Weizen hat die Fähigkeit, spezifische Proteine, sogenannte Effektoren, die vom Mehltau produziert werden, zu erkennen. Diese Effektoren sind entscheidend für die Etablierung einer Infektion. Wenn der Weizen diese Effektoren erkennt, wird eine Immunantwort ausgelöst, die darauf abzielt, die Infektion zu stoppen. Der Mehltau hat jedoch die Fähigkeit entwickelt, diese Erkennung zu umgehen, indem er entweder die Effektoren verändert oder sie ganz verliert.
In ihrer aktuellen Forschung identifizierten die Wissenschaftler einen neuen Effektoren des Mehltaus, der als AvrPm4 bezeichnet wird. Überraschenderweise stellte sich heraus, dass der Pilz die vom Weizen vermittelte Resistenz, die auf der Erkennung dieses Effektors beruht, überwinden kann, ohne ihn zu verändern oder zu verlieren. Der Schlüssel zu diesem Mechanismus liegt in einem zweiten Effektor, der die Erkennung von AvrPm4 blockiert. Laut Bernasconi könnte dieser Mechanismus für den Pilz lebenswichtig sein, was seine Evolution in diese Richtung erklärt.
Besonders bemerkenswert ist, dass der zweite Effektor nicht nur die Erkennung des ersten Effektors verhindert, sondern selbst von einem weiteren Resistenzprotein im Weizen erkannt werden kann. Die Forscher schlagen vor, dass durch die Kombination von Resistenzgenen, die sowohl AvrPm4 als auch den zweiten Effektor targetieren, Weizensorten entwickelt werden könnten, die den Pilz in eine evolutionäre Sackgasse führen. Das könnte dazu führen, dass der Pilz der Immunantwort des Weizens nicht mehr entkommen kann.
Die Erkenntnisse dieser Studie eröffnen neue Perspektiven für die Züchtung von Weizensorten, die eine höhere Resistenz gegen Mehltau aufweisen. „Mit dem Wissen um diese Mechanismen können wir effektiver verhindern, dass der Mehltau die Resistenzen des Weizens überwindet“, meint Beat Keller, der die Forschungsgruppe leitete. Durch gezielte Monitoringmaßnahmen könnten resistente Weizensorten dort eingesetzt werden, wo sie die größte Wirkung zeigen. Auch die Kombination von Resistenzgenen in neuen Sorten könnte eine vielversprechende Strategie darstellen.
Erste Laborversuche haben bereits gezeigt, dass die Kombination von Resistenzgenen, die sowohl den Effektoren AvrPm4 als auch dem zweiten Effektor entgegenwirken, erfolgversprechend ist. Es bleibt jedoch abzuwarten, ob diese Ansätze auch im Freiland erfolgreich umgesetzt werden können. Diese Forschung könnte einen wichtigen Beitrag zur zukünftigen Weizenproduktion leisten, indem sie die Entwicklung neuer, widerstandsfähiger Sorten fördert und somit die Erträge in der Landwirtschaft sichert.
