Krankheitsverlauf bei Pflanzen sichtbar machen
Mithilfe eines optischen Sensors haben Bonner Forscher erstmals den molekularbiologischen Krankheitsverlauf pilzinfizierter Gerstenpflanzen sichtbar gemacht.
Der Echte Mehltau ist eine bei Landwirten gefürchtete Blattkrankheit, die vor allem Gerste befällt und zudem andere Krankheiten begünstigt. Selbst resistente Sorten sind davor nicht gefeit. Bonner Wissenschaftler haben daher den Krankheitsverlauf von pilzinfizierten Gerstensorten genauer unter die Lupe genommen. Wie sie im Fachjournal „PLOS ONE" berichten, konnten sie mithilfe eines optischen Sensors erstmals jene Gene sichtbar machen, die bei der Infektion aktiv werden.
Genetische Reaktion nach Pilzinfektion im Blick
Dafür hat das Team Pflanzen gezielt mit dem krankheitsauslösenden Pilz infiziert. Anschließend beobachtete es alle Gene, die üblicherweise bei der Krankheit reagieren. Parallel dazu wurde untersucht, wie sich das Reflextionsmuster der infizierten Gerstenblätter während der Erkrankung optisch veränderte – und zwar im Bereich des sichtbaren Lichts und des nahen Infrarots. „Die Untersuchung haben wir mit drei verschiedenen Gerstensorten durchgeführt“, erklärt Jan Behmann vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaft und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn: „Eine davon erkrankt in aller Regel sehr schwer; sie kann dem Schadpilz nichts entgegensetzen. Die beiden anderen weisen dagegen zwei unterschiedliche Resistenzen gegen den Erreger auf."
Hyperspektrales Bild eines am Echten Mehltau erkrankten Gerstenblattes
Reflexionsmuster verrät Genaktivität
Anhand der gesammelten Reflexions- und Genaktivitätswerte ermittelte schließlich eine Software, welche Wellenlängen mit den Genaktivitäten zusammenhängen. So konnte das Team erkennen, dass ein bestimmtes Gen, das bei der Pilzinfektion aktiv wird, dafür sorgt, dass die Pflanze als Abwehrreaktion die Zellwände verändert. Die hyperspektralen Bilder haben damit den genetischen Krankheitsverlauf verraten. Den endgültigen Beweis dafür wollen die Forscher durch weitere Experimente demnächst liefern.
Schneller zu neuen resistenten Pflanzen
Das Team um Behmann ist jedoch zuversichtlich, dass mithilfe ihrer optischen Methode Resistenzmechanismen künftig schneller aufgespürt und somit die Züchtung neuer resistenter Pflanzen beschleunigt werden kann. „Unseren Ergebnissen zufolge könnten neuartige Resistenzmechanismen bzw. die entsprechenden Gene durch ein verändertes Reflexionsmuster erkannt werden“, sagt Behmann. „Die hyperspektralen Bilder könnten also einen Hinweis darauf liefern, wo es sich lohnt, mit molekularbiologischen Methoden genauer hinzuschauen“, ergänzt der ehemalige INRES-Forscher Matheus T. Kuska.
bb