Kartoffeln gehören nach Weizen und Reis zu den wichtigsten Nahrungspflanzen weltweit. Doch die Knolle ist auch äußerst anfällig für Krankheiten. Klimawandel, Virusinfektionen und der Befall durch Pflanzenfresser wie den Kartoffelkäfer führen jährlich zu Ernteausfällen in Milliardenhöhe. Forschende der Universitäten Potsdam und Erlangen, des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie und des National Institute of Biology in Ljubljana (Slowenien) haben nun eine Plattform entwickelt, die Stressreaktionen der Kartoffelpflanzen analysiert und damit Züchtungen verbessern kann.

Genom-Stoffwechselmodell für Kartoffel entwickelt

Im Fokus der Forschenden standen Prozesse, die für das Wachstum der Kartoffel und die Abwehr von Krankheiten und Schädlingen verantwortlich sind. Dafür wurde das Genom-Stoffwechselmodell Kartoffel-GEM entwickelt. Wie das Team in der Fachzeitschrift PNAS berichtet, drosselt die Pflanze ihr Wachstum, wenn sie angegriffen wird, um ihre molekularen Ressourcen für die Abwehr einzusetzen. Zugunsten des Wachstums wird demnach die Produktion von Signal- und Abwehrstoffen zurückgefahren, was wiederum zu einer erhöhten Anfälligkeit für Schädlinge und Krankheitserreger führt.

Einblick in Wachstums- und Abwehrprozesse

Diesen Kompromiss zwischen Wachstum und Abwehr hat das Team mithilfe des neu entwickelten Stoffwechselmodells auf Genomebene (GEM) genau untersucht. „Die groß angelegte Stoffwechselrekonstruktion Kartoffel-GEM bildet den gesamten bekannten Sekundärstoffwechsel dieser wichtigen Kulturpflanze ab“, berichtet Zoran Nikoloski, Professor für Bioinformatik an der Universität Potsdam und Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie.

Mithilfe dieses mathematischen Modells war es möglich, das Zusammenspiel zwischen Wachstums- und Abwehrprozessen zu ergründen. „Die molekularen Mechanismen besser zu verstehen, die der Stressreaktion von Pflanzen zugrunde liegen, kann Züchtungsstrategien verbessern und uns helfen, Pflanzensorten mit verbesserter Stresstoleranz, Ertrag und Qualität zu entwickeln“, sagt der Forscher.

bb