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Gift in Bananenwurzeln tötet Schädlinge

11.12.2013
Die gezielte Anreicherung von Abwehrstoffen im Wurzelgewebe schützt Bananenpflanzen vor parasitischen Fadenwürmern.

Für etwa 400 Millionen Menschen in den Ländern der tropischen und subtropischen Regionen Asiens, Afrikas und Lateinamerikas zählen Bananen zu den Grundnahrungsmitteln. Die weltweite Bananenernte ist jedoch durch Schädlinge stark gefährdet.


Wurzel der resistenten Banane Yangambi km5 (unten) mit wenigen, Phenylphenalenone beherbergenden Bereichen im sonst gesunden Gewebe und der anfälligen Grande Naine (oben), die stark geschädigt ist.

D. Hölscher / Max-Planck-Institut für chemische Ökologie


Mikroskopische Aufnahme eines Fadenwurms Radopholus similis: In dem Nematoden sind deutlich die Fetttröpfchen zu sehen, die die Abwehrsubstanz, das Phenylphenalenon Anigorufon (gelb), enthalten.

S. Dhakshinamoorthy / Universität Löwen, Belgien

Ein internationales Forscherteam um Dirk Hölscher vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena hat entdeckt, dass manche Bananenpflanzen Abwehrstoffe gegen den Fadenwurm Radopholus similis zielgenau in den befallenen Wurzelbereichen anreichern können. Diese Fähigkeit entscheidet darüber, ob eine Bananensorte widerstandsfähig gegen den Bananenschädling ist.

Im Körper der Parasiten bilden sich Fetttröpfchen, die den Abwehrstoff speichern und zum Tod der Nematoden führen. Die Erkenntnisse können dazu beitragen, schädlingsresistente Bananensorten zu entwickeln. (Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 9. Dezember 2013, DOI 10.1073/pnas.1314168110)

Schädlinge bedrohen die weltweite Bananenernte

Bananen gehören weltweit zu den wichtigsten Nahrungspflanzen. Es handelt sich dabei nicht nur um Dessertbananen. Diese werden vor allem in China und Indien für den Eigenbedarf produziert, während aus Lateinamerika in großen Mengen in unsere Breiten importierte Bananen nach Äpfeln das beliebteste Obst darstellen. In Afrika und Südostasien auf dem Speiseplan stehende Kochbananen haben ebenfalls eine große Bedeutung. Wegen ihres hohen Gehalts an Nährstoffen wie Kalium, Magnesium, sowie Vitamin B und C wird die Kochbanane auch als die „Kartoffel der Tropen“ bezeichnet.

Neben Pilzen und Insekten gilt der Nematode Radopholus similis als einer der Hauptschädlinge von Bananen. Der wenige Millimeter lange Wurm befällt die Wurzeln der Bananenpflanzen, verursacht Kümmerwuchs und im Endstadium der Krankheit ein Umfallen der Bananenpflanze − oftmals dann, wenn die Früchte noch nicht erntereif sind. Ernteverluste von bis zu 75 Prozent können die Folge sein. Um den Schädlingsbefall einzudämmen, werden im Bananenanbau hohe Dosen von chemisch-synthetischen Pflanzenschutzmitteln eingesetzt, die nicht nur massive ökologische Schäden verursachen, sondern mit hohen gesundheitlichen Risiken für die Menschen, die mit den Chemikalien in Berührung kommen, verbunden sind.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie haben zusammen mit Kollegen der Universitäten Löwen (Belgien), Jena, Kassel-Witzenhausen, Halle, Bonn und Bremen, sowie des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien in Jena die Wirkungszusammenhänge der Anfälligkeit bzw. Resistenz gegen diesen bedeutenden Bananenschädling genauer unter die Lupe genommen. Dazu untersuchten sie die Wechselwirkungen von Radopholus similis mit einer für diesen Schädling anfälligen und einer resistenten Bananensorte.

Phenylphenalenone: Lokaltherapie schützt Bananenwurzel vor Ausbreitung des Nematodenbefalls

Mithilfe modernster spektroskopischer Analysemethoden und bildgebender Verfahren konnten die Forscher nachweisen, dass die Abwehrstoffe der Banane, sogenannte Phenylphenalenone, nur in den von Nematoden infizierten Regionen der Wurzeln angereichert werden, nicht jedoch im gesunden Gewebe. Dies traf allerdings sowohl für die resistente Sorte, als auch für die anfällige Sorte zu. Der Gehalt des Wirkstoffs Anigorufon war jedoch im Befallsbereich der resistenten Bananenpflanze deutlich höher als im Wurzelgewebe der anfälligen Banane, das ebenfalls von dem Schädling infiziert worden war. „Die Produktion des Abwehrstoffs allein macht die Banane noch nicht resistent. Vielmehr ist die gezielte Anreicherung in ganz bestimmten Regionen, nämlich genau dort, wo die Nematoden die Wurzel beschädigen, entscheidend. In diesen eingegrenzten Bereichen haben wir bei der resistenten Sorte weit höhere Werte gemessen“, fasst Dirk Hölscher die Ergebnisse zusammen.

Fetttröpfchen mit gespeichertem Wirkstoff in Nematoden nachweisbar

Die toxische Wirkung von Anigorufon und anderen Substanzen wurde anschließend an lebenden Nematoden getestet. Es stellte sich heraus, dass Anigorufon den Schädling tatsächlich am wirksamsten abtötete. Die Forscher konnten das Pflanzengift im Körper des Fadenwurms sichtbar machen. Dort bildeten sich Fetttröpfchen, die das fettlösliche Anigorufon speicherten und sich durch Zusammenfließen weiter vergrößerten bis dies den Tod des Wurms verursachte. Warum es zur Bildung dieser komplexen Lipidtropfen kommt und warum die Nematoden das Gift nicht abbauen oder ausscheiden können, bleibt noch zu klären. Wahrscheinlich verdrängen die immer größer werdenden Tropfen die inneren Organe des Fadenwurms und bringen seinen Stoffwechsel schließlich zum Erliegen.

Die Wissenschaftler möchten jetzt herausfinden, wie die Biosynthese und der Transport der Abwehrstoffe in der resistenten Banane auf molekularer Ebene funktionieren und gesteuert werden. Die Erkenntnisse könnten zur Entwicklung von resistenten Bananensorten beitragen. Damit könnte der exzessive Einsatz von hochgiftigen Pflanzenschutzmitteln bei der Bananenproduktion eingedämmt werden, der nicht nur die Umwelt, sondern auch das Leben von Menschen gefährdet. [AO]

Originalveröffentlichung:
Hölscher, D., Dhakshinamoorthy, S., Alexandrov, T., Becker, M., Bretschneider, T., Bürkert, A., Crecelius, A. C., De Waele, D., Elsen, A., Heckel, D. G., Heklau, H., Hertweck, C., Kai, M., Knop, K., Krafft, C., Madulla, R. K., Matthäus, C., Popp, J., Schneider, B., Schubert, U., Sikora, R., Svatoš, A., Swennen, R. (2013). Phenalenone-type phytoalexins mediate resistance of banana plants (Musa spp.) to the burrowing nematode Radopholus similis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. DOI 10.1073/pnas.1314168110

http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1314168110

Weitere Informationen:
Dr. Dirk Hölscher, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie,
Tel. +49 3641 57-2551, E-Mail hoelscher@ice.mpg.de
Dr. Bernd Schneider, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie,
Tel. +49 3641 57- 1600, E-Mail schneider@ice.mpg.de
Prof. Dr. Andreas Bürkert, Universität Kassel (Witzenhausen),
Tel. +49 5542-98-1228, E-Mail buerkert@uni-kassel.de
Kontakt und Bildanfragen
Angela Overmeyer M.A., MPI für chemische Ökologie,
Hans-Knöll-Str. 8, 07743 Jena,
+49 3641 57-2110, overmeyer@ice.mpg.de

Angela Overmeyer | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ice.mpg.de/ext/1055.html?&L=1
http://www.ice.mpg.de/ext/735.html

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