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Neue Studie identifiziert den Abwehrmechanismus der Fichte gegen den Befall durch Rostpilz

03.06.2020
Wien/Innsbruck (OTS) - Ein vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF finanziertes Forschungsprojekt entschlüsselte unter Mitarbeit von Dr. Carlos Trujillo-Moya (Bundesforschungszentrum für Wald) und Dr. Andrea Ganthaler (Universität Innsbruck) die Reaktion der Fichte (Picea abies) auf den Befall durch den Rostpilz Chrysomyxa rhododendri. Der Pilz stellt eine ernsthafte Bedrohung für die Hochgebirgswälder in den Alpen dar, da er Wachstum und Verjüngung der wichtigen Schutzwälder stark beeinträchtigt. Die Untersuchung konnte erstmals zeigen, dass sich Fichten mit einer sogenannten "hypersensiblen Reaktion“ gegenüber dem Pilz verteidigen. Der Befund stellt einen wichtigen Meilenstein für zukünftige Aufforstungen mit resistentem Pflanzenmaterial und den Erhalt gesunder und stabiler Hochlagen-Wälder dar.
Infektion im Frühjahr | Eine Infektion mit dem Rostpilz führt zu Gelbfärbung und Abwurf der Fichtennadeln im Sommer und Herbst, und daraus folgend zu einem deutlichen Rückgang des Holzzuwachses und im schlimmsten Fall sogar zum Absterben betroffener Bäume. Die Infektion erfolgt im Frühjahr, wenn neue Pilzsporen aus der zweiten Wirtspflanze des Schädlings, der Alpenrose (Rhododendron ferrugineum oder R. hirsutum), freigesetzt und durch den Wind verbreitet werden und die neu austreibenden Triebe der Fichte erreichen und besiedeln.
Klone resistenter Fichten | Dieses Phänomen beeinträchtigt wichtige ökologische, wirtschaftliche und soziale Leistungen, die Wälder in den höheren Lagen der Alpen erbringen, da jedes Jahr Tausende Hektar Wald betroffen sind. Die aktuelle Forschung zielt deshalb darauf ab, dieser Krankheit Einhalt zu gebieten und damit auch ökonomische Schäden zu verringern.
"Die langjährigen und kontinuierlichen Untersuchung von Fichtenbeständen in stark betroffenen Gebieten in Tirol hat es uns ermöglicht, Fichten mit erhöhter Pilzresistenz auszuwählen, diese über Klone zu vermehren und die Genexpression sowie die Produktion chemischer Abwehrstoffe im Detail zu untersuchen", kommentiert Trujillo-Moya.
Verteidigung durch kontrollierten Zelltod | Die in der international renommierten wissenschaftlichen Zeitschrift BMC Genomics veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass der Abwehrmechanismus der Fichte auf eine sogenannte "Hypersensible Reaktion“ (eng. Hypersensitive Response) basiert. Ein sehr effizienter Abwehrmechanismus, der im Pflanzenreich weit verbreitet ist und an Kulturpflanzen bereits umfassend erforscht wurde. Dieser Verteidigungsmechanismus besteht in einem raschen, kontrollierten Absterben der Zellen im Infektionsbereich, wodurch der Pilz isoliert wird und sich in der Pflanze nicht mehr weiter ausbreiten kann. Dieser Vorgang umfasst auch die Produktion einer komplexen Zusammensetzung von Proteinen und sekundären Stoffwechselprodukten, welche dazu beitragen, das Wachstum des Pilzes in den angegriffenen Nadeln zu unterbinden. Diese Reaktion tritt zwei bis drei Wochen nach der Infektion auf und bleibt mindestens einen Monat lang bestehen. In dieser Zeitspanne stellt die Fichte für die Abwehr eine spezifische Art von "Munition“ gegen den Eindringling her.
"Die Studie hebt die Bedeutung der Produktion von antimykotisch wirkendem Taxifolin und eines Endochitinase-Abwehrproteins, welches das Chitin in der Zellwand des Pilzes abbauen kann, hervor. Das Ergebnis der Studie stellt einen großen Fortschritt für die Auswahl von rostresistenten Bäumen dar. Jetzt, da wir wissen, welche Gene und Moleküle die Fichte im Falle einer Infektion aktiviert, können wir diejenigen Bäume auswählen, welche die wirksamste Abwehrreaktion zeigen“, betont der Forstwissenschaftler Trujillo-Moya.
Dieser Befund sollte es ermöglichen, resistente Klone zeit- und kosteneffizient zu identifizieren und mit diesen Exemplaren Aufforstungsprogramme zu unterstützen, die zur Erhaltung der wichtigen Hochgebirgswälder der Alpen beitragen.
Literatur | Trujillo-Moya, C., Ganthaler, A., Stöggl, W. et al. RNA-Seq and secondary metabolite analyses reveal a putative defence-transcriptome in Norway spruce (Picea abies) against needle bladder rust (Chrysomyxa rhododendri) infection. BMC Genomics 21, 336 (2020).
https://doi.org/10.1186/s12864-020-6587-z (https://doi.org/10.1186/s12864-020-6587-z)
https://bit.ly/2Xp77XB (https://bit.ly/2Xp77XB)
https://bit.ly/36Skwe5 (https://bit.ly/36Skwe5)
https://bit.ly/2XsU1ca (https://bit.ly/2XsU1ca)
 

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