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M4F News: How Climate Stress Sickens PlantsEsca & Co is actually a stress-induced disease. The responsible fungi can live in the wood for many years without causing symptoms. However, when plants are exposed to climate stress, what happens also in our region with increasing frequency, the fungus can sense this and shifts then to a different behaviour - he kills his host, steals the resources from its corpse, makes sex and runs away (it produces spores). The evolutionary meaning is that the fungus cannot expect much from a moribund host and, thus, needs to search for a new place to stay. The outbreak of Esca & Co is, therefore, steered by chemical signals. In a cooperation between the Institute for Biologically Active Compounds (IBWF) in Kaiserslautern we succeeded to clear up two of these signals. Under stress, ferulic acid accumulates in the wood of the grapevine trunk, because this precursor of lignin cannot be any longer converted. The fungus Neofusicoccum parvum has "learnt", to sense ferulic acid as signal for the ensuing crisis of its host and to respond by secretion of Fusicoccin A. Also Fusicoccin A is a signal. It evokes in grapevine programmed cell death, a type of cellular suicide that is actually meant for defence against biotrophic pathogens. These "modern" pathogens can turn the host cell into a kind of zombie that cannot help providing the intruder with sugar. The economically relevant diseases Grapevine Downy and Powdery Mildew are caused by such smart pathogens. The suicide of the zombie cell is efficient, because it tears also these biotrophic pathogens into death. For the defence against Esca & Co this type of defence is completely outplaced, though. Esca fungis live on cell corpses anyway, in technical terms they are necrotrophs. A host cell that kills itself, is for this fungus a convenient victim, therefore. Thus, Fusicoccin A manipulates plant defence in a way that is bad for the plant, but good for the fungus. We succeeded now to elucidate this sophisticated manipulation by chemical signals and publish this in the journal Plant Cell & Environment. Khattab I, Fischer J, Kazmierczak A, Thines E, Nick P (2022) Hunting the plant surrender signal activating apoplexy in grapevines after Neofusicoccum parvum infection, Plant Cell Environment doi.org/10.1111/pce.14468 - pdf
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M4F - Microbes for Future
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.