Globisporangium concavum sp. nov. and three oomycete species causing rhizome rot of lotus (Nelumbo nucifera) in Japan

In den stillen, feuchten Ecken der japanischen Reisfelder gedeiht die Lotuspflanze, eine ausdauernde Wasserpflanze, deren dicke, essbare Wurzeln als Nahrung geerntet werden. Diese Wurzeln, Rhizome genannt, sind ein Grundnahrungsmittel in Supermärkten und werden oft frisch verkauft und unter kühlen Bedingungen gelagert, um ihre knackige Textur zu erhalten. Doch wie viele geerntete Erzeugnisse sind sie anfällig für unsichtbare Eindringlinge. Zu den häufigsten unter ihnen sind Wasserschimmelpilze, eine Gruppe von Organismen, die wie Pilze aussehen und sich wie solche verhalten, aber einer eigenständigen biologischen Familie angehören. Während echte Pilze Zellwände aus Chitin besitzen, bauen Wasserschimmelpilze ihre aus Cellulose auf, demselben zähen Material, das auch in Pflanzenzellwänden vorkommt. Diese mikroskopisch kleinen Organismen sind berüchtigt dafür, Fäulnis bei Nutzpflanzen zu verursachen, insbesondere in feuchten Umgebungen, und sie können selbst dann zuschlagen, wenn die Pflanze bereits ausgegraben und in die Lagerung gegeben wurde. Genau zu verstehen, welche Arten eine bestimmte Kultur angreifen, ist für Landwirte und Lebensmittelproduzenten von entscheidender Bedeutung, da verschiedene Arten unterschiedliche Managementstrategien erfordern können, um Verluste zu vermeiden.

Forscher der Gifu-Universität wandten ihre Aufmerksamkeit kürzlich auf Lotusrhizome, die während der Lagerung unter Kühlung zu faulen begonnen hatten. Zwischen 2014 und 2017 sammelten sie Proben aus Supermärkten, in denen die Wurzeln eine weiche, schwarze Fäulnis mit einem flauschigen weißen Bewuchs entwickelt hatten. Durch die sorgfältige Isolierung der für diese Fäulnis verantwortlichen Organismen identifizierte das Team fünf verschiedene Stämme von Wasserschimmelpilzen. Alle fünf erwiesen sich als fähig, Krankheiten zu verursachen, wenn sie in gesundes Lotusgewebe eingeführt wurden, jedoch nur, wenn das Gewebe verletzt war, etwa durch einen Schnitt oder eine Einstichstelle. Dieser Befund unterstreicht eine spezifische Verwundbarkeit: Die Pathogene können die intakte Haut der Wurzel nicht leicht durchdringen, gedeihen aber, sobald die Barriere durchbrochen ist – ein Zustand, der häufig während der Ernte und Handhabung auftritt.

Die Untersuchung enthüllte eine Mischung aus bekannten und unbekannten Übeltätern. Drei der isolierten Stämme wurden als Arten identifiziert, die der Wissenschaft bereits bekannt waren: einer war Globisporangium oryzicola, eine Art, die zuvor bekannt dafür war, Reissetlinge zu infizieren; zwei waren Phytopythium helicoides, ein Schimmel, der bereits mit Lotusfäule in Japan und China in Verbindung gebracht wurde; und einer war Pythium dissotocum, ein verbreiteter im Boden lebender Pathogen. Die Entdeckung dieser drei Arten am Lotus bestätigt, dass die Krankheit durch eine vielfältige Gruppe von Organismen verursacht wird, die zwischen verschiedenen Kulturen wechseln können, die in ähnlichen feuchten Umgebungen angebaut werden. Die bedeutendste Entdeckung war jedoch der vierte Stamm, der mit keiner bekannten Art übereinstimmte. Dieser Organismus, bezeichnet als Stamm GK16Ren2, stellte eine neue Art von Wasserschimmelpilz dar, die die Forscher Globisporangium concavum nannten.

Um zu bestätigen, dass dieser neue Organismus tatsächlich einzigartig war, untersuchten die Wissenschaftler seine mikroskopischen Merkmale und verglichen seinen genetischen Code mit dem seiner Verwandten. Unter einem Mikroskop produzierte die neue Art sphärische Strukturen, die ihre Fortpflanzungszellen, bekannt als Oosporen, enthielten. Was sie abgrenzte, war die Form der Wand, die diese Strukturen umgab. Während die meisten verwandten Arten glatte Wände besitzen, waren die Wände von Globisperangium concavum deutlich eingedellt oder konkav, was ihnen ein ausgehöhltes Aussehen verlieh. Zusätzlich produzierte diese neue Art eine Fülle von geschwollenen, zitronenförmigen Ausstülpungen entlang ihres fadenförmigen Körpers, ein Merkmal, das in ihrem engsten bekannten Verwandten selten war. Eine genetische Analyse ihrer DNA bestätigte zudem, dass sie einen eigenständigen Zweig im Stammbaum der Wasserschimmelpilze besetzt, getrennt von allen anderen bekannten Arten.

Die Forscher testeten auch, wie gut diese Organismen bei unterschiedlichen Temperaturen wachsen konnten, um ihr Verhalten in der Lagerung zu verstehen. Die neue Art, Globisporangium concavum, konnte bei Temperaturen von so niedrig wie 3 Grad Celsius wachsen, was kälter ist als die Mindesttemperatur für ihren Verwandten Globisporangium oryzicola. Diese Fähigkeit, in der Kälte zu wachsen, erklärt, warum die Fäulnis in der Kühlhaltung auftrat, wo die Temperaturen typischerweise niedrig gehalten werden, um die Lotuswurzeln zu konservieren. Tatsächlich war die Krankheit bei diesen niedrigen Temperaturen schwerwiegender als bei Raumtemperatur, was darauf hindeutet, dass die Kühlung, die dazu bestimmt ist, den Lotus frisch zu halten, das Wachstum dieser spezifischen Pathogene unbeabsichtigt begünstigen könnte.

Diese Studie liefert den ersten bestätigten Bericht über Globisporangium oryzicola, Globisporangium concavum und Pythium dissotocum als Ursachen für die Fäulnis von Lotusrhizomen. Die Identifizierung einer neuen Art, Globisporangium concavum, fügt dem Puzzle der Krankheiten nach der Ernte, die wichtige Kulturen wie den Lotus betreffen, ein entscheidendes Teil hinzu. Durch die Bestimmung der exakten verantwortlichen Organismen und das Verständnis ihrer spezifischen Eigenschaften, wie etwa der Notwendigkeit von Wunden für eine Infektion und ihrer Fähigkeit, in der Kälte zu wachsen, bieten die Ergebnisse ein klareres Bild der biologischen Herausforderungen für die Lotusproduktion. Die Arbeit unterstreicht, dass selbst in kontrollierten Lagerumgebungen eine vielfältige Ansammlung mikroskopischen Lebens die Ernährungssicherheit bedrohen kann und dass die Entdeckung neuer Arten ein fortlaufender Prozess in der Untersuchung der Pflanzengesundheit bleibt.