Pflanzenforschung

Gift in Bananenwurzeln tötet Schädlinge

Die gezielte Anreicherung von Abwehrstoffen im Wurzelgewebe schützt Bananenpflanzen vor parasitischen Fadenwürmern

11. Dezember 2013

Für etwa 400 Millionen Menschen in den Ländern der tropischen und subtropischen Regionen Asiens, Afrikas und Lateinamerikas zählen Bananen zu den Grundnahrungsmitteln. Die weltweite Bananenernte ist jedoch durch Schädlinge stark gefährdet. Ein internationales Forscherteam um Dirk Hölscher vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena hat entdeckt, dass manche Bananenpflanzen Abwehrstoffe gegen den Fadenwurm Radopholus similis zielgenau in den befallenen Wurzelbereichen anreichern können. Diese Fähigkeit entscheidet darüber, ob eine Bananensorte widerstandsfähig gegen den Bananenschädling ist. Im Körper der Parasiten bilden sich Fetttröpfchen, die den Abwehrstoff speichern und zum Tod der Nematoden führen. Die Erkenntnisse können dazu beitragen, schädlingsresistente Bananensorten zu entwickeln.

Wurzeln der nicht-resistenten Bananensorte Grande Naine (oben) und der resistenten Bananensorte Yangambi km5 (unten): Die resistente Sorte besitzt wen Bild vergrößern
Wurzeln der nicht-resistenten Bananensorte Grande Naine (oben) und der resistenten Bananensorte Yangambi km5 (unten): Die resistente Sorte besitzt weniger rote, Phenylphenalenone beherbergende Bereiche der Wurzel im vorwiegend gesunden, hellen Wurzelgewebe. Bei der nicht-resistenten Grande Naine bilden sich dagegen große, dunkelrotbraune Areale. Die massiven Schäden an den Wurzeln der Grande Naine Banane führen zum Absterben der Pflanze. [weniger]

Bananen gehören weltweit zu den wichtigsten Nahrungspflanzen. Es handelt sich dabei nicht nur um Dessertbananen. Diese werden vor allem in China und Indien für den Eigenbedarf produziert, während aus Lateinamerika in großen Mengen in unsere Breiten importierte Bananen nach Äpfeln das beliebteste Obst darstellen. In Afrika und Südostasien auf dem Speiseplan stehende Kochbananen haben ebenfalls eine große Bedeutung. Wegen ihres hohen Gehalts an Nährstoffen wie Kalium, Magnesium, sowie Vitamin B und C wird die Kochbanane auch als die „Kartoffel der Tropen“ bezeichnet.

Neben Pilzen und Insekten gilt der Nematode Radopholus similis als einer der Hauptschädlinge von Bananen. Der wenige Millimeter lange Wurm befällt die Wurzeln der Bananenpflanzen, verursacht Kümmerwuchs und im Endstadium der Krankheit ein Umfallen der Bananenpflanze − oftmals dann, wenn die Früchte noch nicht erntereif sind. Ernteverluste von bis zu 75 Prozent können die Folge sein. Um den Schädlingsbefall einzudämmen, werden im Bananenanbau hohe Dosen von chemisch-synthetischen Pflanzenschutzmitteln eingesetzt, die nicht nur massive ökologische Schäden verursachen, sondern mit hohen gesundheitlichen Risiken für die Menschen, die mit den Chemikalien in Berührung kommen, verbunden sind.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie haben zusammen mit Kollegen der Universitäten Löwen (Belgien), Jena, Kassel-Witzenhausen, Halle, Bonn und Bremen, sowie des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien in Jena die Wirkungszusammenhänge der Anfälligkeit bzw. Resistenz gegen diesen bedeutenden Bananenschädling genauer unter die Lupe genommen. Dazu untersuchten sie die Wechselwirkungen von Radopholus similis mit einer für diesen Schädling anfälligen und einer resistenten Bananensorte.

Mithilfe modernster spektroskopischer Analysemethoden und bildgebender Verfahren konnten die Forscher nachweisen, dass die Abwehrstoffe der Banane, sogenannte Phenylphenalenone, nur in den von Nematoden infizierten Regionen der Wurzeln angereichert werden, nicht jedoch im gesunden Gewebe. Dies traf allerdings sowohl für die resistente Sorte, als auch für die anfällige Sorte zu. Der Gehalt des Wirkstoffs Anigorufon war jedoch im Befallsbereich der resistenten Bananenpflanze deutlich höher als im Wurzelgewebe der anfälligen Banane, das ebenfalls von dem Schädling infiziert worden war. „Die Produktion des Abwehrstoffs allein macht die Banane noch nicht resistent. Vielmehr ist die gezielte Anreicherung in ganz bestimmten Regionen, nämlich genau dort, wo die Nematoden die Wurzel beschädigen, entscheidend. In diesen eingegrenzten Bereichen haben wir bei der resistenten Sorte weit höhere Werte gemessen“, fasst Dirk Hölscher die Ergebnisse zusammen.

Mikroskopische Aufnahme des Fadenwurms <em>Radopholus similis</em>: In dem Nematoden sind deutlich die Fetttr&ouml;pfchen zu sehen, die die Abwehrsubs Bild vergrößern
Mikroskopische Aufnahme des Fadenwurms Radopholus similis: In dem Nematoden sind deutlich die Fetttröpfchen zu sehen, die die Abwehrsubstanz, das Phenylphenalenon Anigorufon (gelb), enthalten. [weniger]

Die toxische Wirkung von Anigorufon und anderen Substanzen wurde anschließend an lebenden Nematoden getestet. Es stellte sich heraus, dass Anigorufon den Schädling tatsächlich am wirksamsten abtötete. Die Forscher konnten das Pflanzengift im Körper des Fadenwurms sichtbar machen. Dort bildeten sich Fetttröpfchen, die das fettlösliche Anigorufon speicherten und sich durch Zusammenfließen weiter vergrößerten bis dies den Tod des Wurms verursachte. Warum es zur Bildung dieser komplexen Lipidtropfen kommt und warum die Nematoden das Gift nicht abbauen oder ausscheiden können, bleibt noch zu klären. Wahrscheinlich verdrängen die immer größer werdenden Tropfen die inneren Organe des Fadenwurms und  bringen seinen Stoffwechsel schließlich zum Erliegen.

Die Wissenschaftler möchten jetzt herausfinden, wie die Biosynthese und der Transport der Abwehrstoffe in der resistenten Banane auf molekularer Ebene funktionieren und gesteuert werden. Die Erkenntnisse könnten zur Entwicklung von resistenten Bananensorten beitragen. Damit könnte der exzessive Einsatz von hochgiftigen Pflanzenschutzmitteln bei der Bananenproduktion eingedämmt werden, der nicht nur die Umwelt, sondern auch das Leben von Menschen gefährdet.

AO/HR

Zur Redakteursansicht
loading content