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Reis ist für etwa die Hälfte der Weltbevölkerung das Hauptnahrungsmittel. Der Anbau der Reispflanze ist sehr wasserintensiv und erfolgt zudem laut Welthungerhilfe zu rund 15 % in Gebieten mit hohem Dürrerisiko. Die steigende Erderwärmung wird für den Reisanbau daher zunehmend problematisch und führt immer öfter zu geringen Ernten und Hungerkrisen. Ernteausfälle durch Pflanzenpathogene verschärfen die Situation zusätzlich. Resistente Pflanzenzüchtungen sind derzeit nur mässig erfolgreich. Sind die Pflanzen dank ihrer Züchtung resistent gegen ein Pathogen, werden sie meist anfälliger für andere Pathogene oder sind weniger robust unter widrigen Umweltbedingungen.
Bakterium führt zu Pathogenresistenz
Eine internationale Forschungsgruppe unter Beteiligung des Instituts für Umweltbiotechnologie der TU Graz untersucht daher seit einiger Zeit das Mikrobiom von Reispflanzensamen, um Korrelationen zwischen der Pflanzengesundheit und dem Vorkommen bestimmter Mikroorganismen festzustellen. Die Gruppe erzielte nun einen grossen Durchbruch: Sie identifizierte ein Bakterium im Sameninneren, das zu vollständiger Resistenz gegen ein bestimmtes Pathogen führen kann und auf natürliche Weise von einer Pflanzengeneration auf die andere übertragen wird.
Das Mikrobiom von Reis
Beim konventionellen Reisanbau in der chinesischen Provinz Zhejiang wurde beobachtet, dass bei einem Genotyp von Reispflanzen (Kultivar Zhongzao 39) manchmal Resistenzen gegenüber dem Pflanzenpathogen Burkholderia plantarii auftauchen. Dieses Pathogen führt zu Ernteausfällen und produziert zudem ein Biotoxin, das bei fortdauernd exponierten Menschen und Tieren zu Organschäden und Tumoren führen kann. „Bis dato liess sich die vereinzelt auftretende Resistenz der Reispflanzen gegenüber diesem Pathogen nicht erklären“, sagt Tomislav Cernava vom Institut für Umweltbiotechnologie der TU Graz.
Die Wissenschafter stellten fest, dass die resistenten Pflanzen eine andere Bakterienzusammensetzung im Sameninneren haben als die krankheitsanfälligen Pflanzen. Besonders die bakterielle Gattung Sphingomonas war signifikant häufiger in resistenten Samen zu finden. Die Forschenden haben daher Bakterien dieser Gattung aus den Samen isoliert und das Bakterium Sphingomonas melonis als Wirkungsträger identifiziert. Dieses Bakterium produziert eine organische Säure (Anthranilsäure), die das Pathogen lähmt und dadurch unschädlich macht. „Das funktioniert auch, wenn das isolierte Sphingomonas melonis auf nicht-resistente Reispflanzen aufgebracht wird. Sie werden dadurch automatisch gegen das Pflanzenpathogen Burkholderia plantarii resistent“, erklärt Tomislav Cernava. Zusätzlich etabliert sich das Bakterium in bestimmten Reis-Genotypen und wird dann auf natürliche Weise von einer Pflanzengeneration auf die nächste weitergetragen.