Das Mikrobiom der Pflanzen impfen: Die Idee ist nicht ohne
In den nächsten drei Jahren werden die Forschungsteams von Prof. Laure Weisskopf und Dr. Laurent Falquet an einem höchst innovativen Projekt zusammenarbeiten
In den nächsten drei Jahren werden die Forschungsteams von Prof. Laure Weisskopf und Dr. Laurent Falquet vom Departement für Biologie der Universität Freiburg an einem höchst innovativen Projekt zusammenarbeiten, das zu CHF 410 000.– von der Gebert Rüf Stiftung finanziert wird. Mit diesem Projekt wird das Ziel verfolgt, die chemischen Fungizide durch Bakterien zu ersetzen, die von den Pflanzen selbst auf natürliche Weise selektioniert werden, um sich gegen Angriffe von Pathogenen zu verteidigen. Die Kraut- und Knollenfäule der Kartoffel ist eine Krankheit, die durch Phytophthora infestans hervorgerufen wird. Letzteres ist ein verheerendes Pathogen, das sich vor allem bei warmem und feuchtem Wetter entwickelt. Das Pathogen ist weltweit verbreitet. Die von ihm hervorgerufene Krankheit ist der Hauptfeind der Kartoffelkulturen, befällt aber auch Tomaten. Das Pathogen kann im Boden über Jahre hinweg überleben oder durch befallene Pflanzen eingeschleppt werden; es ist sehr schwierig, es wieder loszuwerden. Ist die Krankheit erst einmal ausgebrochen, muss die Kartoffelfäule wiederholt mit teuren chemischen Mitteln behandelt werden. Eine inadäquate Behandlung kann schwere wirtschaftliche Schäden anrichten – bis hin zum vollständigen Ernteverlust.
Biologische Kontrolle versus Pestizide zum Schutz unseres Ökosystems
Die moderne Forschung setzt auf biologische Bekämpfungsmethoden, die auf Mechanismen basieren, welche in der Natur die Interaktion zwischen den Arten regeln. So besteht der heutige Trend darin, die antagonistischen Mikroorganismen zu identifizieren, die gegen die pathogenen Erreger eingesetzt werden können. Üblicherweise werden diese Mikroorganismen gezielt ausgewählt; in diesem Fall handelt es sich um Bakterien, die sich natürlicherweise mit den zu schützenden Pflanzen assoziieren. Laure Weisskopf, Professorin am Departement für Biologie, erklärt: «Meistens wählen wir die zu verwendenden Bakterien selbst aus, und zwar basierend auf ihrer im Labor getesteten Wirksamkeit.» Doch dies könnte sich in Zukunft ändern, denn die Pflanzen scheinen ihr Mikrobiom selbst an den Angriff von Pathogenen anpassen zu können. Dazu Laure Weisskopf: «Man hat entdeckt, dass Pflanzen die natürliche Fähigkeit besitzen, bestimmte Schutzbakterien gezielt über ihre Wurzeln anzuziehen, um sich gegen Krankheiten zu verteidigen. Diese Tatsache ist noch nicht lange bekannt und wurde bis anhin nur bei einer Musterpflanze im Labor nachgewiesen.» Das Forschungsprojekt der Mikrobiologin Laure Weisskopf und des Bioinformatikers Laurent Falquet fusst also auf dem originellen Postulat, dass die Pflanze besser weiss als wir, was für sie gut ist.
Hochdurchsatz-Sequenzierung, eine Spitzentechnologie im Dienst der Wissenschaft
Um die Pflanze dazu zu stimulieren, die für sie heilsamen Bakterien zu selektionieren, werden die Forschenden Kartoffelpflanzen der Krautfäule in kleinen Dosen aussetzen. Danach werden sie die DNA des gesamten bakteriellen Mikrobioms der derart geimpften Pflanzen extrahieren und analysieren, indem sie diese mit derjenigen von nicht geimpften Kontrollpflanzen vergleichen. Dies ist der Moment, in dem Dr. Laurent Falquet, der ebenfalls am Departement für Biologie forscht und Teamleiter des Schweizerischen Instituts für Bioinformatik (SIB) ist, zum Zug kommt. Dank seines Know-hows als Bioinformatiker im Bereich der modernen Technologien zur Hochdurchsatz-Sequenzierung wird es möglich sein, die Wirkung der Krankheit auf die Zusammensetzung des Mikrobioms der Pflanzen rasch und kostengünstig zu analysieren. Dies ist wertvoll, wenn man bedenkt, dass die neuen biologischen Methoden zur Krankheitsbekämpfung weniger rasch kommerzialisiert werden, als die chemischen Produkte aus dem Handel gezogen werden. In der nächsten Etappe werden die Bakterien, von denen man festgestellt hat, dass sie von der Pflanze selektioniert wurden, extrahiert und isoliert und auf ihre Schutzwirkung hin geprüft, indem man sie in neue Kartoffelgenerationen inokuliert. Dank des Dritten im Bunde, des Projektpartners Dr. Brice Dupuis von Agroscope in Changins, wird dieser Test sowohl im Treibhaus als auch auf kleinen Feldparzellen durchgeführt werden können. Die Gebert Rüf Stiftung fördert Innovationen zum Nutzen der Schweizer Wirtschaft und Gesellschaft. Durch den Anschub anwendungsorientierter Forschungs- und Entwicklungsprojekte an Schweizer Hochschulen macht sie Wissenschaft wirksam.
