First report of Fusarium nygamai causing pigeon pea wilt across Uttar Pradesh

Auf den Feldern von Uttar Pradesh, Indien, spielt sich ein stiller Kampf zwischen einer lebenswichtigen Nahrungspflanze und einem unsichtbaren Feind ab. Bei der Nutzpflanze handelt es sich um die Straucherbse, eine widerstandsfähige Hülsenfrucht, die als entscheidende Quelle für Proteine und Nährstoffe für Millionen von Menschen in ganz Asien und Afrika dient. Es ist eine robuste Pflanze, doch sie sieht sich einer verheerenden Bedrohung durch eine Krankheit namens Welke gegenüber. Dieser Zustand wird durch Pilze verursacht, die im Boden leben und in das interne Leitungssystem der Pflanze eindringen. Einmal im Inneren, verstopfen diese mikroskopisch kleinen Eindringlinge die wasserleitenden Gefäße, was dazu führt, dass die Blätter gelb werden, die Stängel sich verfärben und die gesamte Pflanze in sich zusammenbricht. Seit Jahrzehnten wissen Landwirte und Wissenschaftler, dass ein spezifischer Pilz, der lange als Fusarium udum identifiziert wurde, der Hauptverantwortliche für diese Verluste ist. Die vollständige Geschichte dessen, was unter der Erde geschieht, ist jedoch unvollständig geblieben, was die Erzeuger ohne ein vollständiges Bild der Bedrohung, der sie gegenüberstehen, zurücklässt.

Ein Team von Forschern aus Universitäten und Forschungsinstituten in ganz Indien machte sich daran, die wahre Identität der Pilze zu entschlüsseln, die die Straucherbsen-Ernten in Uttar Pradesh angreifen. Sie reisten in sechzehn verschiedene Distrikte und sammelten Proben von kranken Pflanzen, die die klassischen Anzeichen des Welkens zeigten. In ihren Laboratorien extrahierten sie die Pilze sorgfältig aus den Wurzeln und Stängeln dieser sterbenden Pflanzen. Aus dem Boden und dem infizierten Gewebe isolierten sie neunundneunzig verschiedene Stämme des Pilzes. Um zu verstehen, welche davon am gefährlichsten waren, untersuchten die Wissenschaftler die Werkzeuge, mit denen die Pilze die Pflanze zersetzen. Sie maßen die Aktivität zweier spezifischer Enzyme, die wie molekulare Scheren wirken und die zähen Zellwände der Pflanze durchschneiden, um dem Pilz das Eindringen und die Nahrungsaufnahme zu ermöglichen. Sie fanden heraus, dass zwar viele Stämme vorhanden waren, aber nur fünf eine besonders hohe Fähigkeit besaßen, diese zerstörerischen Enzyme zu produzieren.

Die Forscher stellten diese fünf aggressiven Stämme daraufhin auf die Probe. Sie züchteten Straucherbsensamen in kontrollierten Umgebungen, von denen einige als resistent gegen Krankheiten bekannt waren und andere als hochgradig anfällig galten. Als sie die Pilze einführten, waren die Ergebnisse drastisch. Ein Stamm, den das Team Rj nannte, erwies sich als der zerstörerischste und verursachte die höchste Infektionsrate und das schwerste Welken sowohl bei den resistenten als als auch bei den anfälligen Pflanzen. Um genau zu identifizieren, um welchen tödlichen Stamm es sich handelte, wandten die Wissenschaftler die genetische Analyse an. Sie untersuchten die DNA der Pilze und verglichen spezifische Gensequenzen mit einer globalen Datenbank. Die Ergebnisse brachten eine überraschende Entdeckung: Der virulenteste Stamm, Rj, war nicht das erwartete Fusarium udum. Stattdessen gehörte er zu einer Spezies namens Fusarium nygamai. Dies war das erste Mal, dass dieser spezielle Pilz jemals als Ursache für Welke bei der Straucherbse identifiziert wurde. Während Fusarium udum immer noch vorhanden und schädlich war, kristallisierte sich Fusarium nygamai als ein neuer und potenter Feind heraus, der in der Lage war, den höchsten Krankheitsindex unter den getesteten Stämmen zu verursachen.

Die Studie ging weiter, um zu sehen, was passiert, wenn diese zwei verschiedenen Pilze gleichzeitig eine Pflanze angreifen. Die Forscher inokulierten Straucherbsenpflanzen mit Fusarium udum allein, Fusarium nygamai allein und einer Kombination aus beiden. Die Pflanzen, die mit der Kombination der beiden Pilze infiziert wurden, erlitten das schlimmste Schicksal. Die Krankheit breitete sich schneller aus und die Pflanzen welkten schwerer, als wenn jeder Pilz allein gewirkt hätte. Dies deutet darauf hin, dass die beiden Pathogene zusammenwirken, um die Krankheit wesentlich zu verschlimmern – ein Phänomen, das als synergistischer Effekt bekannt ist. Im Inneren der infizierten Pflanzen beobachteten die Wissenschaftler den physischen Schaden, der durch diesen Angriff verursacht wurde. Das innere Gewebe der Stängel färbte sich braun und kollabierte, und die wasserleitenden Gefäße wurden durch Pilzfäden blockiert. Diese Blockade verhinderte, dass Wasser die Blätter erreichte, was zum schnellen Tod der Pflanze führte.

Die Auswirkungen dieser Infektion waren auch in der Chemie der Pflanze sichtbar. Die infizierten Pflanzen zeigten einen starken Abfall des Chlorophylls, des grünen Pigments, das für die Nahrungsaufnahme essenziell ist, was dazu führte, dass die Blätter verblassten und starben. Gleichzeitig produzierten die Pflanzen höhere Mengen an Prolin, einer Verbindung, die sie als Reaktion auf Stress generieren, sowie erhöhte Werte von schädlichen Molekülen namens reaktiver Sauerstoffspezies, die auf zelluläre Schäden hindeuten. Die resistenten Sorten der Straucherbse zeigten eine gewisse Fähigkeit zur Abwehr, aber selbst sie erlitten signifikante Wachstumsreduzierungen in Höhe, Wurzellänge und Samenproduktion, wenn sie von diesen Pilzen angegriffen wurden. Die Ergebnisse bestätigen, dass die Landschaft der Straucherbse-Krankheiten komplexer ist als bisher angenommen. Es ist nicht nur ein einziger Pilz, der das Problem verursacht, sondern eine Mischung aus Arten, einschließlich des neu identifizierten Fusarium nygamai, der allein oder in Kombination mit anderen agieren kann, um die Ernten zu vernichten. Diese Entdeckung bietet Landwirten und Wissenschaftlern ein klareres Verständnis des Feindes und liefert eine notwendige Grundlage für die Entwicklung besserer Strategien, um diese essenzielle Nahrungsquelle zu schützen.