Ursache für dauerhafte Resistenz gegen Rostkrankheiten und Mehltau bei Weizen identifiziert

Forschern der MNF der Universität Zürich ist es in einer internationalen Zusammenarbeit gelungen, ein einzelnes Protein als Ursache für die dauerhafte Resistenz gewisser Weizensorten gegen Braunrost, Gelbrost, Schwarzrost und Mehltau zu identifizieren. Weizensorten mit dieser Krankheitsresistenz sind für die Ernährung der Weltbevölkerung bedeutend und werden vor allem in Entwicklungsländern angebaut.

Bakterien, Viren und phytopathogene Pilze sind die häufigsten Verursacher von Krankheiten bei Pflanzen. Pflanzenkrankheiten sind in der Landwirtschaft gefürchtet, weil sie zu erheblichen Ernteverlusten führen. Um sich vor Krankheitserregern zu schützen, haben Pflanzen teilweise effiziente Schutzmechanismen bzw. Krankheitsresistenzen entwickelt. In der Züchtung von Nutzpflanzen spielen solche pflanzeneigenen Resistenzen eine bedeutende Rolle: Sie tragen dazu bei, Ernteausfälle zu verhindern und den Einsatz von Pestiziden zu reduzieren.

Allerdings schützen viele Resistenzen die Pflanze nur für begrenzte Zeit: Innerhalb weniger Jahre haben sich die Krankheitserreger angepasst. Kurzzeitige Resistenzen sind aus ökonomischer Sicht von geringem Interesse, da die Entwicklung neuer Weizensorten kostspielig ist und bis zu zwanzig Jahre in Anspruch nehmen kann. Es gibt aber einige wenige Resistenzen, bei denen bisher keinerlei Anpassung der Krankheitserreger beobachtet wurde. Man spricht hier von dauerhafter Resistenz. Auf molekularer Ebene werden dauerhafte Resistenzmechanismen bis heute kaum verstanden.

Einzelnes Protein sorgt für dauerhafte Mehrfachresistenz
Seit über fünfzig Jahren verleiht das Protein Lr34 aus Weizen einen dauerhaften Schutz gegen die weit verbreiteten Erreger von Braunrost, Gelbrost, Schwarzrost und Mehltau. In Züchtungsprogrammen wurde Lr34 wegen seines breiten Wirkungsspektrums und seiner Dauerhaftigkeit weltweit in verschiedenste Weizensorten eingekreuzt. Gegenwärtig sind in Entwicklungsländern auf mehr als 26 Millionen Hektaren Weizensorten angebaut, die dieses Protein enthalten.

Dem Team von Professor Beat Keller von der MNF der Universität Zürich ist es in Zusammenarbeit mit der australischen «Commonwealth Scientific and Research Organization» CSIRO und dem «International Maize and Wheat Improvement Center» CIMMYT in Mexiko erstmals gelungen, die molekulare Grundlage für diese aussergewöhnliche Resistenz zu entschlüsseln. Dabei stellten die Forscher fest, dass Lr34 Ähnlichkeit mit so genannten PDR-Transportproteinen aufweist. Diese sitzen in der Zellmembran – der Grenze zwischen dem Zellinneren und dem extrazellulären Raum – und stellen den Transport unterschiedlichster Substanzen über die Membran sicher. Lr34 ist der erste bekannte Fall, bei dem ein einzelnes Protein eine dauerhafte Resistenz gegen mehrere Krankheiten verleiht.

Zeitige Blattalterung wohl Grund für Dauerresistenz
Weshalb sich die Erreger nicht anpassen können, wird zurzeit untersucht. Lr34 wird mit einer leicht verfrühten Blattalterung in Verbindung gebracht. Bei Rostpilzen und Mehltau handelt es sich um so genannt biotrophe Pilze: Diese sind für die Nährstoffaufnahme auf ein lebendes Blatt angewiesen. Die verfrühte Blattalterung, während der Nährstoffe aus dem Blatt in die Samen verlagert werden, könnte zu einem Versorgungsengpass für den Pilz führen und so die erhöhte Resistenz für die Pflanze bewirken.

Die Identifizierung von Lr34 stellt einen ersten fundamentalen Schritt zum Verständnis dauerhafter Resistenzmechanismen dar. Die Erforschung der genauen Wirkungsweise wird wichtige Erkenntnisse darüber liefern, weshalb sich Krankheitserreger an gewisse Resistenzen anpassen können, an andere jedoch nicht. Dieses Wissen wird in der Weizenzüchtung genutzt werden, um Sorten mit lang anhaltendem Schutz gegen möglichst viele Krankheiten zu entwickeln.


Publikation:
Krattinger, S., Lagudah, E.S., Spielmeyer, W., Singh, R.P., Huerta-Espino, J., McFadden, H., Bossolini, E., Selter, L.L. and Keller, B. : A putative ABC transporter confers durable resistance to multiple fungal pathogens in wheat. In: Science (19. Februar 2009)