Sebacinales und Mykorrhiza in der Pflanzengesundheit

Bodenbürtige Krankheitserreger stellen aufgrund ihrer Langlebigkeit im Boden und ihrer schwierigen Bekämpfung eine besondere Herausforderung für den Pflanzenschutz dar. Die zunehmenden Verbote von synthetischen Fungiziden und das wachsende Verlangen der Konsumentinnen und Konsumenten nach biologisch produzierten Nahrungsmitteln erfordern die Entwicklung von alternativen Gegenmaßnahmen, um langfristig hochwertige pflanzliche Produkte bereitstellen zu können. Eine mögliche Alternative baut dabei auf die Verbesserung der Pflanzengesundheit durch den Einsatz positiv wirkender Mikroorganismen. Diese können Pflanzenkrankheiten mittels spezifischer Mechanismen, wie direktem Antagonismus oder der Induzierung der Pflanzenabwehr, reduzieren. In diesem Projekt liegt der Fokus auf arbuskulären Mykorrhizapilzen und endophytischen Pilzen. Beiden Pilzgruppen ist es möglich, die Wurzeln ihrer Wirtspflanzen zu kolonisieren, die Physiologie dieser zu verändern und dadurch bedingt die Wirtspflanzenresistenz zu erhöhen. Obwohl einige endophytische Sebacinales ursprünglich aus Mykorrhizasporen isoliert wurden, gibt es nahezu keine Informationen über mögliche Interaktionen in Bezug auf die Pflanzengesundheit. Für dieses Forschungsvorhaben wurden neben dem arbuskulären Mykorrhizapilz Funneliformis mosseae zwei Sebacinales-Arten ausgewählt, die bislang noch weitgehend unerforscht sind: Serendipita williamsii und Serendipita herbamans. Beide Arten wurden aus europäischen Böden isoliert. Mögliche Effekte auf das Pflanzenwachstum bzw. ihre Biokontrollaktivität gegenüber bodenbürtigen Schaderregern sind daher von besonderer Relevanz für die gegebenen Umweltbedingungen. Die Forschungsarbeiten zielen darauf ab anhand der Kultur- und Modellpflanze Tomate einerseits die genauen Kolonisierungsprozesse der Wurzeln durch diese beiden Pilze und andererseits das Biokontrollpotential gegen das bodenbürtige Welkepathogen, Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, aufzuklären. In einem weiteren Forschungsansatz werden mögliche synergistische Effekte zwischen den ausgewählten Sebacinales und dem arbuskulären Mykorrhizapilz auf das Pflanzenwachstum und Biokontrolleffekte gegen das Fusariumwelkepathogen bearbeitet. Die Interaktionen zwischen Tomatenpflanzen, dem Schaderreger und den potentiellen Biokontrollorganismen werden in Glashaus- und in in-vitro-Versuchen und mittels unterschiedlicher Mikroskopietechniken untersucht. Weiters erfolgt eine molekularbiologische Analyse der für die Pflanzenabwehr relevanten Gene und auch die Untersuchung sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe mittels chromatographischer Methoden. Dieses Forschungsvorhaben besitzt hohes innovatives Potential, da die erfolgreiche Etablierung dieses Modellsystems, basierend auf in Europa heimischen Organismen, dazu beitragen kann, nachhaltigePflanzenschutzkonzepteauf derBasis neuer Mikroorganismenkombinationen zu entwickeln.

Bodenbürtige Krankheitserreger stellen aufgrund ihrer Langlebigkeit im Boden und ihrer schwierigen Bekämpfung eine besondere Herausforderung für den Pflanzenschutz dar. Die zunehmenden Verbote von synthetischen Fungiziden und das wachsende Verlangen der Konsumentinnen und Konsumenten nach biologisch produzierten Nahrungsmitteln erfordern die Entwicklung von alternativen Gegenmaßnahmen, um langfristig hochwertige pflanzliche Produkte bereitstellen zu können. Eine mögliche Alternative baut dabei auf die Verbesserung der Pflanzengesundheit durch den Einsatz positiv wirkender Mikroorganismen. Diese können Pflanzenkrankheiten mittels spezifischer Mechanismen, wie direktem Antagonismus oder der Induzierung der Pflanzenabwehr, reduzieren. In diesem Projekt liegt der Fokus auf arbuskulären Mykorrhizapilzen und endophytischen Pilzen. Beiden Pilzgruppen ist es möglich, die Wurzeln ihrer Wirtspflanzen zu kolonisieren, die Physiologie dieser zu verändern und dadurch bedingt die Wirtspflanzenresistenz zu erhöhen. Obwohl einige endophytische Sebacinales ursprünglich aus Mykorrhizasporen isoliert wurden, gibt es nahezu keine Informationen über mögliche Interaktionen in Bezug auf die Pflanzengesundheit. Für dieses Forschungsvorhaben wurden neben arbuskulärer Mykorrhiza zwei Sebacinales-Arten ausgewählt, die bislang noch weitgehend unerforscht sind: Serendipita williamsii und Serendipita herbamans. Beide Arten wurden aus europäischen Böden isoliert. Mögliche Effekte auf das Pflanzenwachstum bzw. ihre Biokontrollaktivität gegenüber bodenbürtigen Schaderregern sind daher von besonderer Relevanz für die gegebenen Umweltbedingungen. Basierend auf der Modellpflanze Tomate und dem bodenbürtigen Pathogen Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (Fol), dem Erreger der Fusarium-Welke an Tomate, konnten wir in diesem Projekt die hohe bioprotektive Wirkung von S. herbamans gegen diese Krankheit zeigen. Dieser Effekt konnte durch die Kombination von Mykorrhiza mit S. herbamans noch verstärkt werden. Der Erreger gelangt in der Regel über die Wurzeln in die Wirtspflanze und dringt im Stängel weiter vor, wo er das Gefäßsystem verstopft. Diese Effekte verursachen optische Symptome wie das Welken der Pflanze, da der Wassertransport blockiert wird. In weiteren Experimenten konnten wir auch zeigen, dass die beobachteten bioprotektiven Effekte sowohl auf lokalen Effekten in den Wurzeln als auch auf systemischen Effekten innerhalb der Pflanze beruhten. Wir konnten mikroskopisch zeigen, dass S. herbamans eine sehr dichte Hyphenmatte um die Wurzeln herum bildet, die die Sporen des Erregers daran hindert, die Wurzeln zu infizieren. Darüber hinaus aktiviert S. herbamans das Abwehrsystem der Pflanze im Stängel, wo eine zweite Abwehrlinie der Pflanze entsteht. Der zweite Effekt wird durch die Zugabe von Mykorrhiza in das System noch verstärkt. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt können genutzt werden, um wesentlich nachhaltigere Pflanzenschutzstrategien mit einem reduzierten Einsatz von Pestiziden zu entwickeln.