Studie fördert Verständnis des Hexenbesens

Die als Hexenbesen bekannte Krankheit war der Grund für die größte Krise, die es jemals im brasilianischen Kakaoanbau gab. Diese durch den Pilz Moniliophthora perniciosa verursachte Krankheit führt zu Verformungen, Fäulnis und zum Absterben der betroffenen Teile der Kakaobäume, die das Aussehen alter Besen annehmen – daher der Name. Der in der Amazonasregion endemische Hexenbesen verbreitete sich 1989 im gesamten Süden Bahias. Dadurch entwickelte sich Brasilien zum zweitgrößten Kakaoproduzenten der Welt mit Ernten von mehr als 400 Tonnen Kakao Mitte 1980 in den 100er Jahren , seine Produktion ging in den 2000er Jahren auf rund XNUMX Tonnen zurück.

Die Auswirkungen waren katastrophal – sowohl im wirtschaftlichen Bereich mit Einkommenseinbußen als auch mit der Verschuldung der Landwirte; auf sozialer Ebene mit der massiven Arbeitslosigkeit von Arbeitern, die zuvor in landwirtschaftlichen Betrieben beschäftigt waren; und im Umweltbereich war Kakao, da er im Schatten der Überreste des atlantischen Waldes angebaut wird, ein wichtiger Faktor für die Erhaltung dieses Bioms.

Seitdem wurden mehrere Initiativen ergriffen. Aber das Problem ist nicht gelöst. Gesunde Pflanzen koexistieren Seite an Seite mit kranken Pflanzen. Bahia verlor seine Vormachtstellung und wurde von Pará als wichtigster Produktionsstaat des Landes überholt. Und Brasilien schloss das Jahr 2020 mit einer Gesamtproduktion von 250 Tonnen ab und belegte damit den siebten Platz in der Weltrangliste.

Eine Studie, die am Zentrum für Kernenergie in der Landwirtschaft der Universität São Paulo (Cena-USP) und an der Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz der Universität São Paulo (Esalq-USP) mit Partnerschaften im Land durchgeführt wurde und im Ausland bringt nun neue und wichtige Informationen über den Infektionsprozess durch M. perniciosa. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift New Phytologist veröffentlicht.

„Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass der Pilz das Hormon Cytokinin synthetisiert. Und dieses Hormon verändert direkt oder indirekt den Hormonhaushalt der Pflanze und führt zu übermäßigem Wachstum infizierten Gewebes. In diesen Geweben entsteht etwas Ähnliches wie Krebs, der den Stoffwechsel verändert, der Pflanze Energie entzieht und mit der Fruchtproduktion und dem Wurzelwachstum konkurriert. Aus diesem Grund wird der Hexenbesen schwächer und führt zu einem Rückgang der Produktivität der Kakaobäume“, sagt der Agronom Antônio Figueira, Professor am Cena-USP und Koordinator der Forschung.

„Bisher wurden Verluste in der Kakaoproduktion hauptsächlich auf Fruchtfäule zurückgeführt. Es ist bekannt, dass das Hormon Cytokinin die Bildung von Stoffwechselsenken in Pflanzen induziert, und dies scheint die Strategie des Krankheitserregers zu sein, der möglicherweise Cytokinin nutzt, um eine Zunahme der Biomasse in dem Gewebe zu fördern, in dem es sich befindet. Wenn dieses infizierte Gewebe dann stirbt, nutzt der Pilz opportunistisch trockene Pflanzenmasse, um zu wachsen und sich zu vermehren“, fügt der Forscher hinzu.

Dieses neue Wissen hat direkte Auswirkungen auf Krankheitsmanagementstrategien, bei denen die Rolle der durch den Pilz verursachten Hemmung des Wurzelwachstums ignoriert wurde. Andererseits muss die Empfehlung zur Entfernung infizierter Äste, genannt phytosanitärer Schnitt, beibehalten und ausgeweitet werden, um das Auftreten von Stoffwechselabflüssen zu minimieren.

Die Forschung wurde von FAPESP durch sieben Projekte unterstützt.

Studienmodell

Wie Figueira erklärt, handelt es sich beim Kakaobaum um einen mehrjährigen Baum, der bereits zwei Jahre nach dem Anbau mit der Blüte und Fruchtbildung beginnt. Dies macht genetische Analysen sehr schwierig. Darüber hinaus sind aufgrund seiner Größe Untersuchungen zur Pflanzenphysiologie recht begrenzt. Dies sind die Gründe, warum in kontrollierten Studien zu Infektionen und der Entwicklung der Krankheit nur wenige Fortschritte direkt mit dem Kakaobaum erzielt wurden.

„Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, haben wir in der jetzt veröffentlichten Arbeit eine kleine, schnell wachsende Pflanzenart verwendet, die ebenfalls anfällig für eine Infektion mit demselben Pilz ist, die Mikrotom-Tomatenpflanze“, berichtet er.

Der Mikroton spielt in der botanischen Forschung eine ähnliche Rolle wie Mäuse in Studien der Humanbiologie oder Medizin. Es handelt sich um ein Pflanzenmodell mit einer Höhe von nur 15 Zentimetern und einem Lebenszyklus von Samen zu Samen von nur 90 Tagen. „Professor Lázaro Peres, Co-Autor des Artikels, hat sich in mehreren Studien der Verwendung von Mikroton gewidmet. Und es gibt eine Sammlung von Stämmen, die mehrere mutierte und transgene Gene enthalten, darunter eine Reihe von Mutanten mit Veränderungen in der Synthese oder Wahrnehmung von Pflanzenhormonen“, sagt Figueira.

„Da der Hexenbesenpilz Tomatenpflanzen befällt und vermutet wurde, dass er bei einer Infektion ein hormonelles Ungleichgewicht verursachen würde, haben wir eine Reihe von Mutanten mit Genen für die Synthese oder Wahrnehmung von Hormonen untersucht, um herauszufinden, welche davon nicht betroffen sind Symptome zeigen oder anfälliger für den Pilz wären. So stellten wir fest, dass die Cytokinin-defiziente Mutante keine Symptome aufwies, was auf eine Beteiligung dieses Hormons am Auftreten der Symptome hindeutet“, erklärt der Forscher.

Und Details. „Wir haben diese Beteiligung durch mehrere Ansätze bestätigt: Quantifizierung von Zytokininen in infizierten Geweben und Pilzmyzel; Anwendung synthetischer Hormone, um die Krankheitssymptome zu simulieren; Einsatz synthetischer Hemmer der Hormonwahrnehmung, um Krankheitssymptome umzukehren; und Verwendung einer transgenen Linie, die ein Reportergen exprimiert, das von einem Cytokinin-induzierbaren Promotor gesteuert wird. Wir analysierten auch durch Sequenzierung die Expression von Cytokinin-Signalmarkergenen. Alle Studien bestätigten die Rolle des Hormons bei der Pathogenese des Hexenbesens.“

Die Studie, die eine wichtige Anwendung in der Landwirtschaft haben könnte, ist ein Beispiel für die Strategien der Wissenschaft zur Wissensgewinnung.

Der Artikel „Moniliophthoraperniciosa, der Erreger der Hexenbesenkrankheit von Kakao, stört den Zytokininstoffwechsel während der Infektion von Micro-Tom-Tomaten und fördert die Symptomentwicklung“ kann hier abgerufen werden.