M4F Aktuell: Optimiertes Mikrobiom

Das Projekt fusst auf der Idee, dass die Mikroben im Wurzelraum über Signale das Immunsystem der Weinrebe stärken können. Unsere Arbeiten zeigen, dass Esca & Co stress-bedingte Krankheiten sind, die auf einer gestörten chemischen Kommunikation zwischen den auslösenden Pilzen und der Wirtspflanze beruhen. Schlüssel dabei ist Ferulasäure, die sich anhäuft, wenn die Weinrebe unter Klimastress gerät und vom Pilz als "Kapitulationssignal" gedeutet wird, was ihn dazu veranlasst, das Toxin Fusicoccin A zu bilden, was wiederum als Selbstmordsignal für die Rebenzellen fungiert, so dass der Pilz die Zelle töten und ihre Ressourcen für seine eigene Sexualität nutzen kann, um sich so über die Sporen einen neuen Wirt zu suchen. Wir fragten nun, ob wir durch Veränderungen des Mikrobioms im Boden die Bildung von Ferulasäure unterdrücken können, auch wenn die Pflanze unter Klimastress steht. Als Hebel setzten wir dabei terra preta ein, die wir dem Boden beisetzten. In einem großen Versuch mit kontrollierten Bedingungen konnten wir zeigen, dass dadurch die Ausprägung der Krankheit stark verbessert wird, was mit einer stärkeren Aktivierung von pflanzlichen Immunitätsgenen einhergeht. Aber ändert sich dadurch auch das Mikrobiom? Die bei diesem Versuch gewonnenen Metagenomdaten wurden nun von Tyra Magold im Rahmen ihrer Masterarbeit bioinformatisch analysiert. Dabei zeigte sich, dass sowohl bei den Bakterien, als auch bei den Pilzen im Boden deutliche Veränderungen des Artenspektrums und der Häufigkeit einzelner Gruppen zu beobachten waren, die auch statistisch signifikant sind. Darunter sind auch einige Mikroben, die gemeinsam mit der besseren Immunreaktion der Pflanze auftreten. Im nächsten Schritt geht es nun darum, herauszufinden, ob diese statistische Verbindung auf einen ursächlichen Zusammenhang zurückgehen. Wenn dies für einen der gefundenen Kandidaten gelingt, könnte man darauf eine Therapie gegen Esca & Co entwickeln.

 

M4F - Microbes for Future

Wir wollen Mikroben im Boden nutzen, um Weinreben gegen die durch den Klimawandel bedingte Esca-Krankheit zu wappnen.

Der Klimawandel ist auch in unserer Region angekommen. Die heißen und trockenen Sommer hinterlassen auch im Weinbau immer mehr Spuren. An sich harmlose Pilze, die als zumeist friedliche "Mitesser" im Holz des Weinstocks siedeln, werden plötzlich zu üblen Killern, die ihre Wirtspflanze binnen weniger Tage mit Giftstoffen umbringen und dann die Energie der Leiche nutzen, um sich der sexuellen Fortpflanzung hinzugeben und dann über die Sporen sich einen neuen, ertragreicheren Wirt zu suchen. Es handelt sich nicht um eine neue Krankheit. Die erste Beschreibung dieses sogenannten apoplektischen Zusammenbruchs stammt aus dem im frühen Mittelalter herausgegebenen Buch Kitab al Filaha, das damals das gesammelte landwirtschaftliche Wissen der arabischen Welt wiedergab. Freilich ist dieses Phänomen, unter den Winzern auch als Esca-Syndrom bekannt (weil das Holz zunderartig, lateinisch esca, zersetzt wird) immer häufiger geworden. Allein im Elsass werden die 2018 durch Esca verursachten Schäden auf mehr als 1 Mrd. € geschätzt.

In unseren früheren Forschungen konnten wir zeigen, dass die Apoplexie von einer fehlgeleiteten chemischen Kommunikation zwischen dem gestressten Wirt und dem Pilz verursacht wird. Wir konnten ebenfalls zeigen, dass manche Europäischen Wildreben in der Lage sind, diese Kommunikation zu ihren Gunsten zu verändern und so resistent sind. Wenn wir ein Verfahren finden, dies auch in unseren anfälligen Kulturreben hinzubekommen, könnten wir so den Weinbau klimafest machen.

Genau dies ist das Ziel unseres Projekts „Microbes for Future“. So wie wir eine Darmflora haben, die für unser Immunsystem wichtig ist, besitzen Pflanzen in ihrem Wurzelraum ein sorgsam gepflegtes Pflanzenmikrobiom. Wir wollen nun herausfinden, wie sich dieses Mikrobiom von kranken und gesunden Reben unterscheidet und ob wir es günstig beeinflussen können. Dazu wollen wir sogenannte terra preta (Schwarzerde) einsetzen und untersuchen, wie wir dadurch das Mikrobiom und das pflanzlichen Immunsystem verbessern können.

Das Projekt ist eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen dem Botanischen Institut (Prof. Dr. Peter Nick) und dem Institut für Biologische Grenzflächen V (Prof. Dr. Anne Kaster) und wird aus dem Strategiefond des Präsidiums gefördert.