Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Abwehr-Gen gegen bedeutende Kartoffelkrankheit gefunden

22.05.2002


Gen schützt Kartoffeln vor der Kraut- und Knollenfäule
Erstmaliger Ansatz zum Verständnis eines komplexen Widerstandsmechanismus



Max-Planck-Forschern ist es zum ersten Mal gelungen, aus Kartoffeln ein Gen zu isolieren, das die Pflanzen widerstandsfähig gegenüber einer bestimmten Variante des Erregers der Kraut- und Knollenfäule macht. In der neuesten Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "The Plant Journal" beschreiben die Kölner Forscherinnen und Forscher die genetische Basis dieses für die Pflanzenzüchtung wichtigen Merkmals (The Plant Journal, 30 (3) 2002).


Die Kraut- und Knollenfäule zählt weltweit zu den meist gefürchteten Krankheiten beim Kartoffelanbau. Die jährlichen Ertragsverluste belaufen sich auf zwei bis drei Milliarden Euro. Bekämpft wird die Krankheit durch den häufigen Einsatz von Chemikalien. Der Erreger ist ein Schadpilz, Phytophthora infestans, der - wie der Name der Krankheit ausdrückt - sowohl Blätter und Stängel als auch die Knollen der Pflanze vollständig zerstören kann. Mitte des 19. Jahrhunderts führte eine verheerende Epidemie in Irland zu einer Hungerkatastrophe, die eine Auswanderungswelle nach Nordamerika auslöste. Widerstandsfähige Pflanzen, die man unter Wildformen der Kartoffel in Mexiko und Südamerika fand, wurden vor etwa fünfzig Jahren in Kartoffelsorten eingekreuzt. Der Erreger entwickelte jedoch immer neue genetische Varianten, die die angezüchtete Abwehreigenschaft der Kartoffel bald wieder überwanden. In dem Wettrennen mit dem Pilz ist die Pflanzenzüchtung deshalb heute sehr an einer langfristigen Verbesserung der genetischen Widerstandsfähigkeit von Sorten interessiert, die auch den Einsatz von Pilzvernichtungsmitteln (Fungiziden) im Kartoffelanbau verringern könnte. Eine Voraussetzung hierfür ist das Verständnis der genetischen Grundlagen dieser Widerstandsfähigkeit.

Am Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln ist es nun der Gruppe um Christiane Gebhardt gelungen, das so genannte Resistenz-Gen R1 aus der Kartoffel zu isolieren. Dieses Gen vermittelt Widerstandsfähigkeit (Resistenz) gegen eine bestimmte Variante des Erregers der Kraut- und Knollenfäule. Die Forscher konnten das Gen auf dem fünften von zwölf Chromosomen der Kartoffel aufspüren und isolieren.

"Abb. 1: Zeichen der Kraut- und Knollenfäule am Beispiel eines infizierten Kartoffelblattes. Das Blatt (quer) ist von einem dichten weißen Geflecht (Mycel) des Pilzes Phytophthora infestans überzogen, das auch das Innere des Pflanzengewebes befällt und zerstört.
Foto: Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung

In seinem molekularen Aufbau ähnelt das R1-Gen anderen, bereits bekannten pflanzlichen Abwehr-Genen gegen Viren, Bakterien oder Fadenwürmer. Das R1-Gen bildet ein Protein von etwa 1300 Aminosäuren, das in Pflanzenzellen eine so genannte hypersensitive Reaktion auslöst. Das Protein hat die Funktion eines Alarmsignals, falls eine Pilzspore versucht, in eine Pflanzenzelle einzudringen. Daraufhin werden Abwehrreaktionen in Gang gesetzt, die die Ausbreitung des Pilzes erschweren, wie beispielsweise die Verdickung von Zellwänden und die Bildung von Stoffen, die für den Pilz giftig sind.

Besonders bedeutsam ist, dass das R1-Gen in einem so genannten "Hot Spot" für Krankheitsabwehr liegt. Damit ist ein Abschnitt im Erbgut der Pflanze gemeint, in dem eine Häufung von Genen auftritt, die an der Abwehr von verschiedenen Krankheiten und Fraßschädlingen beteiligt sind. Neben Genen für Resistenz gegen die Kraut- und Knollenfäule finden sich hier beispielsweise auch Gene zur Abwehr des Fadenwurms Globodera und des Kartoffelvirus X. Aufgrund der Häufung nimmt man an, dass diese Abwehr-Gene Mitglieder eines "Familienclans" sind, also mehr oder weniger miteinander verwandt. Einige dieser Gene - wie das R1-Gen - vermitteln eine "Alles oder Nichts" Abwehrreaktion, andere eine quantitativ abgestufte Reaktion, die man als ein "Mehr oder Weniger" bezeichnen könnte. Sie sind in ihrer Wirkung vergleichbar einem leichten Dauerregen, der die Erde eben auch nachhaltiger durchtränkt als ein Wolkenbruch. Solche quantitativen Abwehr-Eigenschaften sind für Pflanzenzüchter von ganz besonderem Interesse, da sie sich davon eine höhere Stabilität der Resistenz versprechen.

Abb. 2: Vergleich verschiedener Kartoffelblätter neun Tage nach Infektion mit dem Erreger. Das linke Blatt stammt von einer anfälligen Pflanze (Linie). Es ist vollständig vom Pilz befallen und hat bereits absterbende Blattrippen (braun). Das rechte Blatt stammt von einer widerstandsfähigen Pflanze, die das Resistenzgen R1 enthält. Man erkennt nur lokale Infektionsstellen, an denen der Pilz zwar in das Blatt eingedrungen ist, durch die Abwehrreaktion der Zellen jedoch am Weiterwachsen gehindert wurde. Das mittlere Blatt stammt von der gleichen Pflanzenlinie ab wie das linke Blatt. In diese Linie wurde jedoch zuvor das R1-Gen aus der resistenten Linie (rechts) übertragen. Man erkennt die gleiche Abwehrreaktion wie bei der widerstandsfähigen "
"Foto: Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung"

Welche und wie viele Gene an der quantitativen Resistenz gegen Kraut- und Knollenfäule beteiligt sind, weiß man bisher nicht. Da die meisten Abwehr-Gene strukturell ähnlich sind, haben die Kölner Forscherinnen und Forscher nun jedoch mit dem R1-Gen eine Art Prototyp in der Hand, mit dem sie weitere Gene aufspüren können. Auf diese Weise wird es möglich sein, die in der Pflanzenzüchtung so begehrte Abwehr-Eigenschaft der Kartoffel zu verstehen und damit besser für die Entwicklung neuer Sorten zu nutzen

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Dr. Agim Ballvora oder Dr. Christiane Gebhardt
Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung, Köln
Tel. : 0221 / 5062 - 454 oder 0221 / 5062 - 430
Fax : 0221 / 5062 - 413
E-Mail: ballvora@mpiz-koeln.mpg.de
prag@mpiz-koeln.mpg.de

Dr. Agim Ballvora | Presseinformation

Weitere Berichte zu: Abwehr-Gen Abwehrreaktion Gen Kartoffel Knollenfäule Pflanze R1-Gen Resistenz

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Getreide, das der Dürre trotzt
19.09.2017 | Universität Wien

nachricht BMEL verstärkt Maßnahmen im Kampf gegen das Eschentriebsterben
11.09.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie