Hilfspflanzen bekämpfen Krankheitserreger durch die Stärkung ihrer Immunsysteme

Hilfspflanzen bekämpfen Krankheitserreger durch die Stärkung ihrer Immunsysteme

Zivilisation, wie es heute bekannt ist, nicht entwickelt haben könnte, noch kann es überleben, ohne eine ausreichende Versorgung mit Lebensmitteln. - Norman Borlaug

Die meisten Menschen haben noch nie davon gehört Norman Borlaug. Er ist bisher der einzige Agrarwissenschaftler, der jemals den Friedensnobelpreis erhalten hat. Seine Arbeit bei der Entwicklung ertragreicher und krankheitsresistenter Getreidepflanzen hat mehr als eine Milliarde Menschen gerettet (ja, Billion) Menschen aus Hunger.

Obwohl er diese Worte fast 50 vor Jahren ausgesprochen hat, könnte seine Botschaft heute nicht relevanter sein. Wir leben in einer Welt, die voraussichtlich übertreffen wird neun Milliarden Menschen um rund 2050und derzeit einige 800 Millionen Menschen Ich habe nicht genug zu essen, um ein gesundes und aktives Leben zu führen.

Die Vereinten Nationen Food and Agriculture Organization Projekte, die wir brauchen, um Erhöhung der Lebensmittelproduktion um mindestens 70% um diesem Bevölkerungswachstum Rechnung zu tragen. Dies ist eine entmutigende Aufgabe, die durch die Tatsache noch erschwert wird, dass fast 20% der Welternte an Pflanzenkrankheiten verloren. Eine der wirksamsten Methoden zur Bekämpfung dieser Krankheiten ist die chemische Kontrolle - die Anwendung von Pestiziden. Pathogene können jedoch schnell Resistenzen gegen Pestizide entwickeln, die dann eine immer höhere Nutzung erfordern, um die Produktion aufrechtzuerhalten. Es gibt auch Umwelt- und Gesundheitsprobleme im Zusammenhang mit der Anwendung von potenziell toxischen Chemikalien auf Felder.

Die Nachfrage ist dringend notwendig, für eine sicherere und nachhaltigere Methoden des Pflanzenschutzes. Das ist, wo wir, die Anlage Pathologen, in Schritt. Ein Pflanzenpathologe ist spezialisiert auf die Pflanzengesundheit in der gleichen Weise ein Arzt in die menschliche Gesundheit spezialisiert hat, und wir arbeiten unermüdlich daran, unsere Versorgung mit Lebensmitteln zu schützen.

Ein neuartiges Forschungsgebiet im Kampf gegen Krankheitserreger konzentriert sich auf die Verbesserung des natürlichen Immunsystems der Pflanze. Wenn eine Pflanze eine Infektion alleine bekämpfen kann, können wir die Menge an Pestiziden reduzieren. Ähnlich wie Kinder gegen zukünftige Krankheiten geimpft werden, verwenden Pflanzenpathologen die gleiche Methode, um Pflanzen gegen Krankheitserreger zu "immunisieren", mit dem Ziel, ihre Immunabwehr gegen Eindringlinge zu stärken. Diese Methode, das Immunsystem von Pflanzen zu stimulieren, könnte ein sicherer und effektiver Weg sein, um einen Teil der weltweiten Ernte zu retten, die derzeit durch Krankheiten verloren geht.

Pflanzen unter Stress1Ein Maniokspezialist kontrolliert eine kranke Ernte im Nordosten Thailands. CIAT, CC BY-SA


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Das Pflanzenimmunsystem verstehen

Pflanzen sind auf natürliche Weise einer Vielzahl von pathogenen Mikroben, wie Bakterien, Pilzen und Viren ausgesetzt. Im Gegensatz zu Menschen, die sich Infektionen physisch entziehen können, sind Pflanzen unbeweglich. Deshalb muss sich jede Zelle in der Pflanze gegen Angriffe verteidigen. Pflanzen haben ein mehrstufiges Immunsystem, das ihnen hilft, diese Mikroorganismen zu bekämpfen. Es funktioniert ähnlich wie das menschliche Immunsystem.

Pflanzen erkennen Krankheitserreger, indem sie mikrobielle "Muster" erkennen. Dies sind einzigartige Merkmale des Mikrobentyps (man denke an bakterielle Flagellen), die die Pflanze entwickelt hat, um sie als "Nicht-Selbst" zu erkennen. Wir können diese Fähigkeit mit der Erkennung von Antigenen durch die menschlichen Körper, der eine Immunantwort induziert. Unglücklicherweise entwickeln sich Krankheitserreger kontinuierlich, um einer Erkennung zu entgehen, typischerweise durch Abschirmen oder Verschleiern dieser Muster. Diese Fähigkeit ermöglicht es ihnen, die Zellen einer Pflanze zu besiedeln, bevor sie eine effektive Immunantwort auslösen können.

Verteidigung Priming ist wie Impfung

Eines unserer wichtigsten Forschungsziele ist es, diese Muster zu nutzen, um die Immunsystem der Pflanze, Einen verbesserten Schutz gegen pathogene Mikroben zu schaffen, anstelle der traditionellen chemischen Bekämpfungsmethoden.

Das Prinzip von "Verteidigung Priming"Ist sehr ähnlich wie wir Impfstoffe gegen menschliche Krankheiten entwickeln. Ein Impfstoff wirkt, indem er als pathogener Betrüger handelt. Es bringt das Immunsystem dazu, zu denken, dass es angegriffen wird, was Abwehrreaktionen stimuliert, wie die Produktion von Antikörpern. Dies schafft ein Abwehrgedächtnis, das es dem Immunsystem ermöglicht, sich an einen bestimmten Krankheitserreger zu erinnern, wenn der Körper es in der Zukunft trifft. Es kann dann schnell und robust reagieren, dank seiner grundierten Erinnerung an den Impfstoff.

Wir können dieses Prinzip auf eine Pflanzen-Pathogen-Beziehung anwenden. Wenn wir zum Beispiel ein interessierendes Muster eines Krankheitserregers identifiziert haben, arbeiten wir daran, es zu isolieren und zu reinigen. Dieser Schritt ist wie die Herstellung des Impfstoffs. Wir können dann die Pflanze mit dem gereinigten Muster inokulieren - zum Beispiel indem wir sie mit einer Spritze in den Stamm oder die Blätter injizieren. Das Ziel ist, die natürliche Immunantwort der Pflanze zu stimulieren, was zu einer schnelleren und / oder stärkeren Abwehrreaktion führt, wenn die Pflanze das nächste Mal auf diesen Krankheitserreger trifft.

Wir stellen im Grunde sicher, dass die Pflanzen für den Kampf vorbereitet sind, bevor der Feind angreift. Grundierte Pflanzen Anzeigen gesteigerte Toleranz gegenüber Infektion, die häufig von weniger Symptome und reduziert Pathogenpopulationen innerhalb der Anlage gekennzeichnet ist. Obwohl grundiert Pflanzen noch nicht im großen Maßstab Basis in der kommerziellen Landwirtschaft umgesetzt werden Wissenschaftler aktiv leitenden Forschung über die Verwendung von Verteidigung Priming im Gewächshaus und Feld Einstellungen zum Schutz gegen Bakterien, Viren und Pilze.

Meine eigene Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf die Verwendung von Abwehr-Priming zum Schutz gegen einen bakteriellen Erreger namens Xylella fastidiosa das betrifft die milliardenschwere Wein-, Tafel- und Rosinentraubenindustrie. Es verursacht Pierce-Krankheit, die den Staat Kalifornien kostet über US $ 100 Millionen jährlich in Ernteausfallkosten und Bemühungen, es zu behandeln. Gegen die Krankheiten, die durch diesen Pflanzenpathogen verursacht werden, gibt es zur Zeit keine Heilung, aber unser Ziel ist es, die Abwehrspritze zu nutzen, um sie zu besiegen.

Pflanzen unter Stress2Pflanzen werden auch krank! Stammrostpilz auf Weizen. Yue Jin, Landwirtschaftlicher Forschungsdienst

Potenzial in der kommerziellen Landwirtschaft

Im Gegensatz zum menschlichen Immunsystem, bei dem die Abwehrreaktionen spezifisch für einen bestimmten Keim sind, sind die Effekte der Grundierung in Pflanzen ein breites Spektrum, das die Pflanze gegen eine breite Palette von Krankheiten und Insektenschädlingen schützt.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Grundierung ist, dass die Pflanzenfitness kaum oder gar nicht beeinträchtigt wird - Pflanzen wachsen und vermehren sich normal. Dies ist ein entscheidender Vorteil in der kommerziellen Landwirtschaft, wo der Erfolg von hohen Erträgen abhängig ist.

Darüber hinaus ist der grundierte Zustand haltbar und kann lange nach dem anfänglichen Stimulus aufrechterhalten werden. Aktuelle Forschungen haben auch gezeigt, dass Pflanzen dieses Verteidigungsgedächtnis an ihre Nachkommen weiterleiten können Mehrgenerationenschutz ohne irgendeine genetische Veränderung.

Weitere Untersuchungen sind notwendig, um das Verständnis der molekularen Mechanismen hinter diesem Phänomen zu verbessern, aber das "Priming" der Abwehr scheint ein wertvolles und vielversprechendes Instrument für die Zukunft einer nachhaltigen Landwirtschaft zu sein.

Über den AutorDas Gespräch

rapicavoli jeannetteJeanette Rapicavoli ist Doktorand in Pflanzenpathologie an der University of California, Riverside. Meine Forschung konzentriert sich auf die molekulare Basis der Wirt-Pathogen-Interaktionen von pflanzenpathogenen Bakterien im Xylem mit Wohnsitz oder wasserführenden Gewebe der Pflanze Gefäßsystem. Insbesondere arbeite ich mit einem bakteriellen Erreger, die schwere Krankheiten in Weinrebe und Zitrus verursacht unter anderem wirtschaftlich bedeutenden Pflanzenwirten. Derzeit hat meine Forschung die Rolle der bakteriellen Zelloberfläche Polysaccharide als Elicitoren der Pflanze angeborenen Immunsystems hervorgehoben.

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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