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 Biologische Vielfalt von grünlanddominierten Kulturlandschaften unter der Lupe
20.04.2018 | Hochschule Weihenstephan-Triesdorf

nachricht Nitrat-Problem der Landwirtschaft in Luft auflösen
29.03.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Im Focus: Metalle verbinden ohne Schweißen

Kieler Prototyp für neue Verbindungstechnik wird auf Hannover Messe präsentiert

Schweißen ist noch immer die Standardtechnik, um Metalle miteinander zu verbinden. Doch das aufwändige Verfahren unter hohen Temperaturen ist nicht überall...

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Moleküle brillant beleuchtet

23.04.2018 | Physik Astronomie

Sauber und effizient - Fraunhofer ISE präsentiert Wasserstofftechnologien auf Hannover Messe

23.04.2018 | HANNOVER MESSE

Fraunhofer IMWS entwickelt biobasierte Faser-Kunststoff-Verbunde für Leichtbau-Anwendungen

23.04.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics