Der Klimawandel und Pflanzenschädlinge setzen Reisbauern unter Druck. Die Ernteerträge spielen eine zentrale Rolle in der Welternährung.

Foto: Reuters/Nguyen Huy Kham

Für rund die Hälfte der Weltbevölkerung ist Reis das Hauptnahrungsmittel. Dürren und Pflanzenschädlinge wie das Bakterium Burkholderia plantarii können zu gravierenden Ernteausfällen führen. Eine internationale Forschungsgruppe unter Beteiligung der TU Graz hat nun herausgefunden, wie ein Bakterium einer anderen Gattung den Krankheitserreger umweltfreundlich unschädlich macht.

Die konventionelle Landwirtschaft versucht bei der Reiskultivierung mit meist vorsorglich eingesetzten Pestiziden gegen eine Vielzahl von Pflanzenschädlingen vorzugehen. Als Alternative zu diesen teils umweltschädlichen Substanzen werden Pflanzenzüchtungen eingesetzt, die gegen die Krankheitserreger resistent sind. Es hat sich aber mittlerweile gezeigt, dass solche Pflanzen dann zwar gegen ein Pathogen widerstandsfähiger sind, aber oft anfälliger gegen andere Erreger bzw. unter ungünstigen Umweltbedingungen weniger robust werden können.

Rätsehafte Resistenzen

Das internationale Forscherteam hat daher das Mikrobiom von Reispflanzensamen genau untersucht, um Zusammenhänge zwischen der Pflanzengesundheit und dem Vorkommen bestimmter Mikroorganismen herauszufinden. Jüngst haben die Forscher ein Bakterium im Sameninneren, das zu vollständiger Resistenz gegen ein bestimmtes Pathogen führen kann und auf natürliche Weise von einer Pflanzengeneration auf die andere übertragen wird, identifiziert. Ihre Erkenntnisse haben sie in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Nature Plants" publiziert. Den Forschern zufolge würden die Erkenntnisse eine vollständig neue Basis bieten, um biologische Pflanzenschutzmittel zu designen und zusätzlich Biotoxine, die von Pflanzenpathogenen gebildet werden, zu reduzieren.

Ausgangspunkt war die Beobachtung, dass in der chinesischen Provinz Zhejiang bei einem Genotyp von Reispflanzen (Kultivar Zhongzao 39) manchmal Resistenzen gegenüber dem Pflanzenpathogen Burkholderia plantarii auftauchen. Dieses Bodenbakterium führt zu Ernteausfällen und produziert ein Toxin, das bei fortdauernd exponierten Menschen und Tieren zu Organschäden und Tumoren führen kann. "Bis dato ließ sich die vereinzelt auftretende Resistenz der Reispflanzen gegenüber diesem Pathogen nicht erklären", sagt Tomislav Cernava vom Institut für Umweltbiotechnologie der TU Graz. Er hat gemeinsam mit seien Kollegen Gabriele Berg und Peter Kusstatscher im Rahmen einer Kooperation mit den chinesischen Universitäten Zhejiang (Hangzhou) und Nanjing sowie der japanischen Hokkaido University (Sapporo) das Mikrobiom – also die Gemeinschaft der vorkommenden Mikroorganismen – von Reissamen aus verschiedenen Regionen im Detail erhoben.

Effektive Säure

Die Gruppe stellte fest, dass resistente Pflanzen eine andere Bakterienzusammensetzung im Inneren der Samenkörner haben als die krankheitsanfälligen Pflanzen. In den widerstandsfähigen Samen war vor allem die bakterielle Gattung Sphingomonas signifikant häufiger vorhanden. Nachdem die Forscher Bakterien dieser Gattung aus den Samen isoliert hatten, konnten sie das Bakterium Sphingomonas melonis als Wirkungsträger identifizieren. Dieses Bakterium produziert offenbar eine organische Säure (Anthranilsäure), die das Pathogen lähmt und dadurch unschädlich macht.

"Das funktioniert auch, wenn das isolierte Sphingomonas melonis auf nicht-resistente Reispflanzen aufgebracht wird. Sie werden dadurch automatisch gegen das Pflanzenpathogen Burkholderia plantarii resistent", sagte Cernava. Das Bakterium kann sich in bestimmten Reis-Genotypen etablieren und wird dann auf natürliche Weise von einer Pflanzengeneration auf die nächste weitergetragen. Cernava schätzte das Potenzial dieser Entdeckung als enorm ein: "In Zukunft wird man auf diese Strategie zurückgreifen können, um Pestizide in der Landwirtschaft zu reduzieren und gleichzeitig gute Ernteerträge zu erzielen." (APA, red, 23.1.2021)