Von einem weißlichen Flaum überzogene Zucchini, verrottete Maisstängel und -wurzeln, Möhren mit fauligen Stellen: Infektionen mit Pythium sehen nicht nur unappetitlich aus, sondern verursachen in der Landwirtschaft auch große wirtschaftliche Schäden, so die Universität.

mais nicht infiziert

Image: Institut für Phytopathologie, Uni Kiel

Die Abbildung zeigt eine nicht infizierte Maisprobe.

Der Erreger zählt zu den Oomyceten. Trotz des Namens, der übersetzt „Eipilz“ bedeutet, ist diese Organismengruppe näher mit den Algen als mit den echten Pilzen verwandt. „Pythium verursacht eine Wurzel- und Stängelfäule“, erklärt Prof. Dr. Daguang Cai von der Abteilung Molekulare Phytopathologie und Biotechnologie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU): „Die Pflanzen werden dadurch stark geschwächt, wachsen kaum noch und knicken schnell ab. Für die Landwirtschaft in Europa wird der Erreger in den letzten Jahren zunehmend zum Problem.“ 

DNA aus Bodenproben extrahiert

Wie sehr, zeigt die aktuelle Studie, die in der Zeitschrift Nature Communications erschienen ist. Darin untersuchten die beteiligten Forscherinnen und Forscher Bodenproben von 127 Maisfeldern in insgesamt elf europäischen Ländern. Sie extrahierten aus den Proben die DNA und sequenzierten diese dann. Mit Hilfe eines molekularbiologischen Ansatzes konnten sie anhand der Sequenzen sämtliche Mikroorganismen bestimmen, die in den Proben vorkamen. 

„Wir sprechen in diesem Fall auch vom Boden-Mikrobiom“, sagt Cai. „Wir stießen darin auf insgesamt 73 Pythium-Arten, die sich je nach Standort genetisch stark unterschieden.“ Trotz dieser Vielfalt dominierten in den Proben einzelne Arten. Zudem waren einige der identifizierten Spezies für den Mais deutlich gefährlicher als andere. „Wir konnten auch zeigen, woran das liegt“, erklärt Cai: „Offensichtlich gelingt es manchen Pythium-Erregern besonders gut, die Abwehrmechanismen der Maispflanzen zu schwächen.“

mais infiziert

Image: Institut für Phytopathologie, Uni Kiel

Die Abbildung zeigt eine infizierte Maisprobe mit G. ultimum var. ultimum. Das Schadpotenzial von G. ultimum var. ultimum ist besonders hoch. Diese Spezies weist sowohl eine dominante Verbreitung als auch eine starke Pathogenität auf. Pflanzen, die mit G. ultimum var. ultimum infiziert sind, zeigen deutliche Symptome wie stark vermindertes Wurzel- und Sprosswachstum und weisen eine braune Wurzelfäule auf.

Pythium schwächt Schutzmechanismen der Pflanzen

Denn die Erreger sind dazu in der Lage, in die Produktion von Pflanzenhormonen einzugreifen, die der Mais als Reaktion auf eine Infektion herstellt. Hormone sind Botenstoffe, die in ihrem Zielgewebe bestimmte Reaktionen hervorrufen und so die Immunität der Pflanze verstärken. Dadurch macht sie es ihrem Angreifer schwerer, sie zu befallen. Pythium hebelt diesen Schutzmechanismus aus. Das gelingt manchen Spezies des Erregers offenbar besser als anderen. 

In der Folge kann nicht nur Pythium den Mais leichter infizieren - auch andere Mikroorganismen profitieren von der Schwächung der pflanzlichen Barrieren. „Das ist auch der Grund dafür, dass es in der Folge oft zu weiteren, sekundären Infektionen kommt“, betont der Wissenschaftler. Die genetischen Daten liefen neue Erkenntnisse zu diesen molekularen Mechanismen. „Das kann uns helfen, je nach Region angepasste Wirkstoffe gegen die Pythium-Arten zu entwickeln, die dort den meisten Schaden anrichten.“

Dass der Erreger immer mehr zum Problem wird, könnte auch mit dem Klimawandel zusammenhängen - etwa mit den veränderten Niederschlagsmustern und den höheren Temperaturen, die Kulturpflanzen zusätzlich unter Stress setzen und schwächen. Die schnelle Taktung der Fruchtfolgen trägt zudem dazu bei, dass Pythium immer neue Opfer findet. Hinzu kommt die Resistenz seiner dickwandigen Sporen, die jahrelang im Boden überdauern können.

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