Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

HHU-geführtes Forschungskonsortium will gefährliche Pflanzenseuche beim Reis ausrotten

29.10.2019

Biologie: Zwei Veröffentlichungen in Nature Biotechnology

Das „Healthy Crops“-Forschungskonsortium, das von Humboldt-Professor Wolf B. Frommer von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) geleitet wird, entwickelt Werkzeuge, um Bakterienbrand von Reis zu bekämpfen.


Reispflanzen, die vom Xoo-Bakterium befallen wurden und die dadurch an Bakterienbrand erkrankt sind.

HHU / Sarah M. Schmidt


Reisterrassen in Sapa, Vietnam: Reis ist die weltweit wichtigste Nahrungspflanze, die vor allem für die Ernährung in Asien und Afrika eine überlebenswichtige Rolle spielt.

HHU / Sarah M. Schmidt

In der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Biotechnology veröffentlichen sie zwei Studien, in denen sie sowohl neue, multiresistente Reissorten vorstellen als auch ein Diagnose-Kit, um neue Varianten des Krankheitserregers zu erkennen. Dieses Kit wurde speziell für Kleinbauern in Südasien und Afrika entwickelt.

Reis ist die wichtigste Nahrungspflanze für die ärmsten und unterernährten Menschen. Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung isst jeden Tag Reis. Im Afrika südlich der Sahara ist Reis die Nahrungsquelle, die am schnellsten wächst und mehr Kalorien liefert als irgendein anderes Nahrungsmittel.

Eine große Bedrohung für Nahrungsmittelsicherheit ist die Reiskrankheit „Bakterienbrand“, die von dem Bakterium Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) verursacht wird. Allein in Indien schätzt man die jährlichen Verluste durch Bakterienbrand auf 3,6 Milliarden US-Dollar. Xoo kann den gesamten Ernteertrag eines Kleinbauern zerstören, wodurch Jahreseinkommen, Landbesitz und Nahrungsmittelsicherheit für die ganze Familie bedroht werden.

Healthy Crops will diesen Bauern wirkungsvolle Werkzeuge für den Kampf gegen Bakterienbrand in die Hand geben und damit langfristig die Krankheit ausrotten. Das Konsortium besteht aus sechs Forschungsinstituten auf drei Kontinenten, darunter neben der HHU die University of Florida und University of Missouri in den USA, das Tropenzentrum für Agrarforschung (CIAT) in Kolumbien, das Institut de Recherche pour le Développement (IRD) in Frankreich und das Internationale Institut für Reisforschung (IRRI) auf den Philippinen.

Wie schaffte es also das Team, die Bakterien in ihre Schranken zu weisen? „Wir verhindern, dass das Xoo-Bakterium Nährstoffe von der Pflanze rauben kann, um sich zu vermehren“, erklärt Dr. Bing Yang von der University of Missouri. Hierzu nutzen die Forscher ihr Wissen darüber, wie sich die Bakterien Zugang zu den Nährstoffen der Reispflanze verschaffen.

Haben die Xoo-Bakterien eine Reispflanze befallen, schleusen sie sogenannte TAL-Effektoren in die Reiszelle. Diese Effektoren funktionieren wie Schlüssel für die pflanzliche Vorratskammer, indem sie die „SWEET-Gene“ der Reispflanze aktivieren.

Dadurch werden sogenannte SWEET-Promotoren aktiviert, die Zucker aus der Reiszelle heraus transportieren, hin zu den Bakterien, die so mit Nährstoffen versorgt werden und sich vermehren können.

Manche Reissorten sind resistent gegen bestimmte Xoo-Stämme. Die Wissenschaftler hatten bei diesen Sorten schon früher herausgefunden, dass deren SWEET-Promotoren Änderungen enthalten, die verhindern, dass die bakteriellen TAL-Effektoren binden können. Diese Pflanzen haben also quasi ihr Schloss so geändert, dass der bakterielle Schlüssel nicht mehr passt. Die Bakterien können so die SWEET-Transporter nicht mehr aktivieren, um den Zuckertransport zu ihren Gunsten umzusteuern.

Aber auch das Bakterium weiß sich anzupassen: Es gibt unterschiedliche Xoo-Stämme, die jeweils mit anderen Schlüsseln angreifen. Somit gibt es ein regelrechtes Rennen zwischen Xoo-Stämmen, die neue Schlüssel entwickeln und resistenten Reissorten mit geänderten Schlössern. Das Konsortium hat sechs verschiedene Angriffspunkte in den Promotoren von drei verschiedenen SWEET-Genen identifiziert.

Wolf Frommer, Alexander von Humboldt-Professor am Institut für Molekulare Physiologie der HHU, der das Konsortium leitet, sagt: „Mit diesem Wissen und den Werkzeugen, die wir entwickelt haben, können wir mindestens so schnell neue resistente Reissorten entwickeln wie die Bakterien neue Schlüssel.“

In den beiden jetzt in der Fachzeitschrift Nature Biotech erschienenen, aufeinander aufbauenden Studien stellt das Healthy Crops-Konsortium unterschiedliche Varianten zweier populärer Reissorten vor, die alle resistent sind gegen verschiedene Erreger des Bakterienbrands.

Außerdem präsentieren sie das diagnostische „SWEETR-RESISTANCE KIT“, dass die schnelle Charakterisierung von neuen bakteriellen Krankheitserregern ermöglicht.

Es ebnet somit den Weg für den schnellen und zielgerichteten Einsatz neuer Resistenzen, um den Bakterienbrand langfristig auszurotten. Das Kit soll bald Reisbauern und Forschern in Asien und Afrika zur Verfügung stehen.

Dr. Boris Szurek, Teamleiter am IRD, erklärt: „Wir nutzen die fortschrittlichsten Werkzeuge, um dem Pathogen in seinem Rennen mit der Reispflanze einen Schritt voraus zu sein.“ Dr. Ricardo Oliva, Erstautor und Leiter des IRRI Teams, ergänzt: „Unsere Ergebnisse ebnen den Weg, um diese Krankheit, die das Leben vieler Reisbauern massiv beeinträchtigt, komplett auszurotten. Wir haben jetzt die Möglichkeit, das Bakterium auszutricksen, in dem wir ihm einen Schritt voraus sind.“
Diese Forschungen wurden durch Förderung der HHU durch die Bill & Melinda Gates-Stiftung ermöglicht.

Weitere Informationen: www.healthycrops.org

Originalpublikation:

R. Oliva, Chonghui Ji, G. Atienza-Grande, J. C. Huguet-Tapia, A. Perez-Quintero, Ting Li, Joon-Seob Eom, Chenhao Li, H. Nguyen , Bo Liu, F. Auguy, C. Sciallano, Van T. Luu, G. S. Dossa, S. Cunnac, S. M. Schmidt, I. H. Slamet-Loedin, C.Vera Cruz, B. Szurek, W. B. Frommer, F. F. White & Bing Yang, Broad-spectrum resistance to bacterial blight in rice using genome editing, NatBiotech, 28.10.2019

Joon-Seob Eom, Dangping Luo, G. Atienza-Grande, Jungil Yang, Chonghui Ji, Van Thi Luu, J. C. Huguet-Tapia, Si Nian Char, Bo Liu, H. Nguyen, S. M. Schmidt, B. Szurek, C. Vera Cruz, F. F. White, R. Oliva, Bing Yang & W. B. Frommer, Diagnostic kit for rice blight resistance, NatBiotech, 28.10.2019

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1038/s41587-019-0267-z
http://dx.doi.org/10.1038/s41587-019-0268-y
http://www.healthycrops.org

Dr.rer.nat. Arne Claussen | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht RNA-Modifikation - Umbau unter Druck
06.12.2019 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Verstopfung in Abwehrzellen löst Entzündung aus
06.12.2019 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Das 136 Millionen Atom-Modell: Wissenschaftler simulieren Photosynthese

Die Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Energie ist für das Leben unerlässlich. In einer der größten Simulationen eines Biosystems weltweit haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler diesen komplexen Prozess an einem Bestandteil eines Bakteriums nachgeahmt – am Computer, Atom um Atom. Die Arbeit, die jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Cell“ veröffentlicht wurde, ist ein wichtiger Schritt zum besseren Verständnis der Photosynthese in einigen biologischen Strukturen. An der internationalen Forschungskooperation unter Leitung der University of Illinois war auch ein Team der Jacobs University Bremen beteiligt.

Das Projekt geht zurück auf eine Initiative des inzwischen verstorbenen, deutsch-US-amerikanischen Physikprofessors Klaus Schulten von der University of...

Im Focus: Developing a digital twin

University of Texas and MIT researchers create virtual UAVs that can predict vehicle health, enable autonomous decision-making

In the not too distant future, we can expect to see our skies filled with unmanned aerial vehicles (UAVs) delivering packages, maybe even people, from location...

Im Focus: Freiformflächen bis zu 80 Prozent schneller schlichten: Neue Werkzeuge und Algorithmen für die Fräsbearbeitung

Beim Schlichtfräsen komplexer Freiformflächen können Kreissegment- oder Tonnenfräswerkzeuge jetzt ihre Vorteile gegenüber herkömmlichen Werkzeugen mit Kugelkopf besser ausspielen: Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen entwickelte im Forschungsprojekt »FlexiMILL« gemeinsam mit vier Industriepartnern passende flexible Bearbeitungsstrategien und implementierte diese in eine CAM-Software. Auf diese Weise lassen sich große frei geformte Oberflächen nun bis zu 80 Prozent schneller bearbeiten.

Ziel im Projekt »FlexiMILL« war es, für die Bearbeitung mit Tonnenfräswerkzeugen nicht nur neue, verbesserte Werkzeuggeometrien zu entwickeln, sondern auch...

Im Focus: Bis zu 30 Prozent mehr Kapazität für Lithium-Ionen-Akkus

Durch Untersuchungen struktureller Veränderungen während der Synthese von Kathodenmaterialen für zukünftige Hochenergie-Lithium-Ionen-Akkus haben Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und kooperierender Einrichtungen neue und wesentliche Erkenntnisse über Degradationsmechanismen gewonnen. Diese könnten zur Entwicklung von Akkus mit deutlich erhöhter Kapazität beitragen, die etwa bei Elektrofahrzeugen eine größere Reichweite möglich machen. Über die Ergebnisse berichtet das Team in der Zeitschrift Nature Communications. (DOI 10.1038/s41467-019-13240-z)

Ein Durchbruch der Elektromobilität wird bislang unter anderem durch ungenügende Reichweiten der Fahrzeuge behindert. Helfen könnten Lithium-Ionen-Akkus mit...

Im Focus: Neue Klimadaten dank kompaktem Alexandritlaser

Höhere Atmosphärenschichten werden für Klimaforscher immer interessanter. Bereiche oberhalb von 40 km sind allerdings nur mit Höhenforschungsraketen direkt zugänglich. Ein LIDAR-System (Light Detection and Ranging) mit einem diodengepumpten Alexandritlaser schafft jetzt neue Möglichkeiten. Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Atmosphärenphysik (IAP) und des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT entwickeln ein System, das leicht zu transportieren ist und autark arbeitet. Damit kann in Zukunft ein LIDAR-Netzwerk kontinuierlich und weiträumig Daten aus der Atmosphäre liefern.

Der Klimawandel ist in diesen Tagen ein heißes Thema. Eine wichtige wissenschaftliche Grundlage zum Verständnis der Phänomene sind valide Modelle zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

Intelligente Transportbehälter als Basis für neue Services der Intralogistik

03.12.2019 | Veranstaltungen

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

RNA-Modifikation - Umbau unter Druck

06.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Der Versteppung vorbeugen

06.12.2019 | Geowissenschaften

Verstopfung in Abwehrzellen löst Entzündung aus

06.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

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