Niederländische Forscher von der Technischen Universität Delft haben die erste Methode entwickelt, mit der Infektionen in Pflanzen in Echtzeit überwacht werden können, ohne dass sie zerstört werden müssen. Dieses Wissen wird dazu beitragen, neue, resistente Pflanzen zu züchten, die höhere Erträge liefern und gleichzeitig den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln verringern, so die Uni.
Landwirte, die Salat anbauen, bevorzugen Sorten, die gegen verschiedene Krankheiten resistent sind, darunter auch gegen den Falschen Mehltau, eine weit verbreitete Pflanzenkrankheit, die gelbe oder braune Flecken auf der Oberseite der Blätter verursacht. Die Delfter Wissenschaftler untersuchten den Befall von Salat mit Falschem Mehltau, einer Pflanzenart, bei der solche Infektionen in der Regel erst im Spätstadium sichtbar werden. „Es gibt zwar Salatsorten, die gegen den Falschen Mehltau resistent sind, aber ähnlich wie das Corona-Virus entwickelt die Krankheit ständig neue Varianten, die auch resistente Pflanzen infizieren können. Dies zwingt Wissenschaftler und Züchter zu einem ständigen Wettlauf mit der Entwicklung neuer resistenter Pflanzen als Reaktion auf die sich entwickelnden Krankheiten“, erklärt der Physiker Jos de Wit, der für seine Doktorarbeit mit Biologen der Universität Utrecht zusammenarbeitete.
Um Pflanzen wie Salat zu züchten, die Krankheiten besser widerstehen können, haben Forscher der Technischen Universität Delft und der Universität Utrecht eine Methode entwickelt, mit der sich häufige Pflanzeninfektionen bildlich darstellen lassen. Zum ersten Mal ist dies möglich, ohne die Pflanze zu töten und wesentlich schneller als die herkömmliche Mikroskopie. „Bisher mussten die Forscher für jeden Schritt des Prozesses eine Pflanze töten, sie färben und dann unter dem Mikroskop untersuchen“, sagt Jeroen Kalkman, außerordentlicher Professor für bildgebende Physik. „Mit dieser neuen Bildgebungstechnik können wir jetzt in Echtzeit verfolgen, wie sich eine Krankheit in einer lebenden Pflanze entwickelt.“
Pflanzenwissenschaftler wissen oft nicht, wie sich eine Infektion in einer Pflanze entwickelt und was bestimmte Pflanzen unempfindlich gegenüber Krankheitserregern macht. Das neue Instrument liefere Erkenntnisse, die den Anbau von Pflanzen mit einer breiteren Resistenz gegen verschiedene Krankheiten unterstützen. „Diese Pflanzen benötigen weniger Pflanzenschutzmittel, sind besser gegen extreme Witterungsbedingungen gewappnet und bringen letztlich viel mehr Ertrag. Das bedeutet, dass auf lange Sicht mehr Menschen auf der Erde ernährt werden können“, so Kalkman.
„Die von uns verwendete Technik nennt sich dynamische optische Kohärenztomographie (dOCT)“, sagt De Wit. „Dabei wird Licht ausgesendet und die Zeit gemessen, die das Licht braucht, um zurückgeworfen zu werden - ähnlich wie bei Ultraschall, nur mit Licht statt Schall. In nur eineinhalb Sekunden können wir etwa 50 bis 100 Bilder von einem infizierten Salatblatt aufnehmen. Mit dOCT können wir Pflanzenkrankheiten effektiv abbilden, weil sich die Erreger stärker bewegen als die Pflanzenzellen. Indem wir den Bereichen mit mehr Bewegung Farben zuweisen, können wir einen starken Kontrast zwischen dem Erreger und der Pflanze erzeugen. Ohne dOCT würde die Krankheit erst in einem viel späteren Stadium sichtbar werden.”
Die Forscher haben gezeigt, dass ihr Instrument nicht nur für Salat, sondern auch für andere Kulturen wie Radieschen und Paprika mit parasitären Spulwürmern funktioniert. Weitere Forschung sei jedoch erforderlich, um diese Technik zu einem benutzerfreundlichen Instrument für Biologen ohne technischen Hintergrund zu machen. Kalkman: „Ich bin begierig darauf, diese Forschung fortzusetzen, um die Kluft zwischen Technologie und Biologie zu überbrücken.“
