Die Verbesserung des Stressgedächtnisses von Nutzpflanzen könnte sie widerstandsfähiger gegen Angriffe machen und den Bedarf an schädlichen Pestiziden verringern, so eine neue Studie.
Pflanzen haben Abwehrmechanismen, die ausgelöst werden, wenn sie von Schädlingen oder Krankheiten befallen werden, indem sie beispielsweise eine schlecht schmeckende Chemikalie produzieren, um hungrige Raupen abzuschrecken.
Wissenschaftler der University of Sheffield haben nun herausgefunden, wie Pflanzen ihre Immunantwort auf solche Angriffe aufbauen und speichern – indem sie eine Abwehrreaktion in ihre DNA kodieren.
Die Wirkung kann mehrere Wochen anhalten und stärkt die Abwehrkräfte der Pflanze beim nächsten Angriff auf die gleiche Weise.
Dr. Jurriaan Ton, der leitende Autor der Studie, sagte, seine Ergebnisse bieten neue Möglichkeiten zur Verteidigung von Nutzpflanzen, ohne auf giftige Pestizide zurückzugreifen, die für Insekten über die Zielart hinaus katastrophal sein können.
Die britische Regierung hat kürzlich die Verwendung eines Neonicotinoids zur Verwendung bei Zuckerrübenkulturen genehmigt, obwohl diese Klasse von Chemikalien in der EU und im Vereinigten Königreich im Jahr 2013 stark eingeschränkt wurde, da sie für Bienen und andere wichtige Bestäuber tödlich ist.
Sie sagten, es gebe keine andere wirksame Alternative, um zu verhindern, dass ein von Blattläusen übertragenes Virus die Ernte zerstört.
Da die globale Ernährungssicherheit eine der größten Herausforderungen der Zukunft ist, müssen wir unbedingt neue Wege finden, um die Gesundheit und das Wachstum der Nutzpflanzen zu gewährleisten, auf die wir angewiesen sind.
Dr. Samuel Wilkinson, Universität Sheffield
Dr. Ton sagte: „Wir verlassen uns auf Pflanzen, um den Planeten zu ernähren, aber sie stehen im Wesentlichen am Ende der Nahrungskette, sie können sich nicht bewegen, daher sind sie unglaublich anfällig für Angriffe von allen Seiten, einschließlich Insektenfressern und krankheitsverursachenden Krankheitserregern.
„Wie Tiere haben Pflanzen jedoch die Fähigkeit entwickelt, nach der Erholung von biotischem Stress Immunität zu erlangen, aber sie verwenden dafür unterschiedliche Mechanismen.“
Pflanzen speichern ihre Immunantworten in Junk-DNA – so genannt, weil sie keine Anweisungen zur Bildung von Proteinen in der Zelle enthalten.
Dr. Ton fügte hinzu: „Die Ergebnisse der Studie sind nicht nur ein großer Fortschritt in unserem Verständnis dafür, wie sich Pflanzen an den Stress früherer Angriffe erinnern, sondern decken auch eine neue epigenetische Funktion einer bestimmten Familie von Junk-DNA auf.
„Dieses Wissen könnte uns helfen, neue Züchtungsstrategien zu entwickeln und Pflanzensorten für die Lebensmittelproduktion auszuwählen, die darauf vorbereitet sind, Schädlinge und Krankheiten abzuwehren.“
Die in Nature Plants veröffentlichte Studie untersuchte die Langzeitwirkung des pflanzlichen Stresshormons Jasmonsäure auf die Ackerschmalwand, eine Verwandte von Kohl und Senf, die wissenschaftlich als Arabidopsis thaliana bekannt ist.
Bei Kontakt mit Raupen wurden die mit Jasmonsäure behandelten Pflanzen weniger geschädigt als die ohne.
Das Team entdeckte, dass die Wirkung von Jasmonsäure mehrere Wochen anhielt und auf neu entwickelte Blätter übertragen wurde, was ihnen half, dem Fressen der Raupen zu widerstehen.
Diese erworbene Immunität wird in den Genen der Pflanze gesteuert. RNA-Moleküle verbinden sich mit einem kleinen Protein, AG01. Zusammen ermöglichen sie es anderen Genen, die mit der Verteidigung der Pflanze beauftragt sind, schneller und stärker auf Angriffe zu reagieren.
Die Forscher hoffen, dass diese Technik entwickelt werden kann, um Pflanzen mit komplexeren Genomen zu schützen, und arbeiten mit einem internationalen Pflanzenzüchtungsunternehmen zusammen, um ihr Potenzial zu untersuchen.
Dr. Samuel Wilkinson, Erstautor des Papiers, sagte: „Da die globale Ernährungssicherheit eine der größten Herausforderungen der Zukunft ist, müssen wir unbedingt neue Wege finden, um die Gesundheit und das Wachstum der Nutzpflanzen zu gewährleisten, auf die wir uns verlassen .
„Diese Forschung ist der erste Schritt, um die Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit herkömmlicher Pflanzenzüchtungsstrategien zu ergänzen und zu verbessern, indem Pflanzen mit erhöhter Immunbereitschaft als Alternative zum Einsatz von schädlichen Pestiziden ausgewählt werden.“