Rhizobacterial volatile organic compounds from perennial wheat and their potential to suppress phytopathogenic fungi
Diese Studie zeigt, dass aus mehrjährigem Weizen isolierte rhizobakterielle Stämme phytopathogene Pilze, insbesondere *Aspergillus flavus*, durch die Freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen unterdrücken können, wobei Dimethyltrisulfid und Dimethyltrisulfid als die entscheidenden inhibitorischen Wirkstoffe identifiziert wurden.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Seit Jahrhunderten kämpfen Landwirte einen stillen Krieg gegen Pilzkrankheiten, die Getreide auf dem Feld verfaulen lassen und bei der Lagerung verderben. Diese mikroskopisch kleinen Invasoren, wie etwa die Pilze, die Fusarium- und Aspergillus-Infektionen verursachen, können Ernten vernichten und die Ernährungssicherheit gefährden. Da sich das globale Klima wandelt, werden diese Bedrohungen voraussichtlich unvorhersehbarer, was Wissenschaftler dazu zwingt, über traditionelle chemische Spritzmittel hinaus nach Lösungen zu suchen. Ein vielversprechender Weg liegt im Boden selbst, speziell in den unsichtbaren chemischen Gesprächen zwischen Pflanzenwurzeln und den dort lebenden Bakterien. Bestimmte nützliche Bakterien, bekannt als pflanzenwachstumsfördernde Rhizobakterien, helfen Pflanzen nicht nur bei der Nährstoffaufnahme; sie setzen auch eine Wolke unsichtbarer Gase frei, die flüchtige organische Verbindungen genannt werden. Diese Gase können durch die Luft reisen und als natürliche Waffen wirken, die das Wachstum schädlicher Pilze unterdrücken, ohne dass toxische Chemikalien benötigt werden.
Forscher der Universität Parma in Italien beschlossen, dieses natürliche Verteidigungssystem mit einer einzigartigen Art von Nutzpflanze zu untersuchen: perennialem Weizen. Im Gegensatz zu dem Weizen, den wir normalerweise essen, der einmal im Jahr geerntet und neu gepflanzt wird, lebt perennierender Weizen viele Jahre lang und entwickelt tiefe sowie komplexe Wurzelsysteme, die reiche Gemeinschaften von Bodenbakterien fördern. Das Team konzentrierte sich auf eine spezifische Linie dieser Kulturpflanze, bekannt als OK72, die zuvor ein dynamisches und aktives unterirdisches Ökosystem gezeigt hatte. Sie isolierten zehn verschiedene Bakterienstämme aus den Wurzeln dieses Weizens und wollten herausfinden, ob die von diesen Bakterien freigesetzten Gase das Wachstum von drei gefährlichen Pilzarten stoppen könnten: Aspergillus flavus, Fusarium proliferatum und Fusarium verticillioides. Um sicherzustellen, dass sie nur die Wirkung von Gasen und nicht von direktem Kontakt oder flüssigen Chemikalien messen, platzierten die Wissenschaftler die Bakterien und die Pilze in separaten Schalen und versiegelten sie so, dass nur die Luft zwischen ihnen zirkulieren konnte.
Die Ergebnisse zeigten, dass die bakteriellen Gase in der Tat effektiv waren, wenngleich ihre Kraft je nach spezifischem Bakterium und dem jeweiligen Pilz variierte. In der versiegelten Umgebung verlangsamten die bakteriellen Emissionen das Pilzwachstum um irgendwo zwischen null und fast siebenundvierzig Prozent. Einige Bakterienstämme agierten als Spezialisten, die einen bestimmten Pilztyp mit hoher Präzision angriffen, während andere wie Generalisten agierten und einen breiten Schutz gegen alle drei boten. Diese Variation deutet darauf hin, dass die Natur bereits ein vielfältiges Toolkit an biologischen Wirkstoffen bereitgestellt hat, von denen jeder seine eigene einzigartige Verteidigungsstrategie besitzt. Die Forscher wandten sich dann der Aufgabe zu, genau zu identifizieren, welche Gase für diese Hemmung verantwortlich waren. Mit hochempfindlicher Ausrüstung, um die chemischen Signaturen in der Luft aufzuspüren, detektierten sie sechsundvierzig verschiedene flüchtige Verbindungen in den verschiedenen Experimenten.
Die Analyse ergab ein klares Muster, das spezifische Chemikalien mit dem Erfolg der Verteidigung verknüpfte. Während die Gesamtmenge des produzierten Gases das Ausmaß der Pilzhemmung nicht perfekt vorhersagte, tat dies das Vorhandensein bestimmter schwefelhaltiger Verbindungen. Speziell zwei Gase, Dimethyl-disulfid und Dimethyl-trisulfid, traten konsistent in der Luft auf, wenn die Bakterien das Wachstum von Aspergillus flavus erfolgreich unterdrückten. Diese Schwefelverbindungen fehlten, wenn die Bakterien den Pilz nicht hemmen konnten. Dieser Befund deutet auf einen spezifischen chemischen Mechanismus hin, bei dem diese Schwefelgase wahrscheinlich die Zellwände der Pilze beschädigen oder deren internes Gleichgewicht stören und so das Wachstum effektiv stoppen. Interessanterweise fand die Studie auch heraus, dass eine andere Verbindung, Acetoin, dazu neigte zu erscheinen, wenn die Bakterien den Pilz nicht stoppen konnten, was darauf hindeutet, dass es eher ein Zeichen eines Kampfes ist, den die Bakterien verlieren, als einer, den sie gewinnen.
Die Studie fand kein einzelnes „Wundermittel“-Gas, das in jeder Situation funktionierte. Stattdessen legen die Beweise nahe, dass die Bakterien eine komplexe Mischung aus Chemikalien freisetzen und die Wirksamkeit dieser Mischung von der spezifischen Kombination der beteiligten Bakterien und Pilze abhängt. Während die Schwefelverbindungen als Schlüsselspieler gegen einen bedeutenden Erreger hervorstachen, sind andere in der Mischung detektierte Gase, wie bestimmte Alkohole und Ketone, aus anderen Studien auch als antifungal bekannt. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass der beobachtete Schutz wahrscheinlich aus der kombinierten Wirkung mehrerer verschiedener Gase resultiert, die zusammenwirken, anstatt aus einem einzigen dominanten Chemikalie. Diese Arbeit unterstreicht das Potenzial der Wurzelbakterien des perennierenden Weizens als Quelle natürlicher biologischer Kontrollmittel und bietet einen nachhaltigen Weg, Nutzpflanzen vor Pilzkrankheiten zu schützen, indem man die chemische Sprache des Bodens nutzt.
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