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lookKIT 02/2011 - PKM - KIT

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<strong>02</strong>11<br />

Ways 39<br />

Information<br />

Downy mildew is a dreaded plant disease in<br />

viniculture. Following infection, leaves and<br />

young berries putrefy, ripeness of the fruit is<br />

delayed, the fruit sugar content is reduced,<br />

and the taste is spoiled. Actually, the different<br />

types of downy mildew are not fungi,<br />

but related to brown algae and diatoms.<br />

Pilzabwehr<br />

durch<br />

Mundgeruch<br />

<strong>KIT</strong>-Forscher bekämpfen<br />

Parasiten der Weinrebe<br />

“To reduce the spraying volume, we urgently need<br />

new concepts for improving crop protection,” says<br />

Professor Nick. A successful approach consists of<br />

crossbreeding fungus-resistant genes from American<br />

wild vines into the cultivated vines. The resulting<br />

vines are immune to the fungus, but unfortunately<br />

also taste of wild vines. It took nearly 100<br />

years to cultivate vines that are both resistant and<br />

tasty. Thanks to modern gene maps and highly developed<br />

molecular biology methods, cultivation today<br />

is much more efficient than it was in the past.<br />

The new method invented by Nick now represents<br />

a rather promising, environmentally compatible approach<br />

that is associated with relatively low costs<br />

and minimum time expenditure. The idea is based<br />

on chemical communication of the plant with other<br />

organisms. By means of attractants, plants can attract<br />

pollinating insects. By releasing volatile scents,<br />

the vines defend themselves against pests. This<br />

strategy is used by Nick and his team.<br />

When they studied wild vines from China and Japan<br />

in more detail, the researchers found that these species<br />

were resistant against downy mildew even when<br />

they had never been in contact with this pathogen.<br />

Infection experiments revealed that the pathogen<br />

obviously does not find the stomata of the Asian<br />

wild vine. To determine the reason, Nick and his<br />

team went to the laboratory of Professor Wilhelm<br />

Boland at the Max Planck Institute of Chemical Ecology<br />

in Jena, which has specialized in the detection<br />

of volatile attractants. With gas chromatographs –<br />

highly sensitive chemical noses – even the smallest<br />

amounts of these attractants can be detected. In<br />

this way, the scientists from Karlsruhe proved that<br />

the vines produce a type of “bad breath;” volatile,<br />

smelling substances, so-called aldehydes, such as<br />

hexenyl acetate and nonanal are released from the<br />

stomata.<br />

To verify their hypothesis, the researchers confronted<br />

the mildew pathogen with the Asian wild vine<br />

attractant and observed that the “fungus” indeed<br />

moves to the source of the scent. With the help<br />

of an attractant, the pathogen can orient well and<br />

rapidly finds the stomata of Müller-Thurgau vines. In<br />

this case, the “bad breath” unintentionally tells the<br />

fungus where the weak point of the vine is.<br />

Nick thinks that Asian wild vines release the attractant<br />

in a decentralized manner, i.e. not only via stomata,<br />

but also from other openings of the plant. This<br />

obviously confuses the fungus so it cannot find the<br />

stomata. Infection experiments of Müller-Thurgau<br />

vine leaves with downy mildew confirmed that the<br />

pathogen does not find the stomata of the leaves, if<br />

large areas of the plant are sprayed with the attractant<br />

nonanal. Hyphae are formed on the leaf surface<br />

only. The fungus is isolated from the supply vein of<br />

its host and condemned to die out.<br />

Nick and his team have also started to solve another<br />

problem. They are now developing a scent that does<br />

not volatilize so rapidly, but is as effective as nonanal.<br />

The next hot summer will certainly come. Covered<br />

by the new biological fungicide, the cultivated<br />

vine will have good chances to win the fight against<br />

downy mildew.<br />

Forscher vom Botanischen Institut des <strong>KIT</strong> haben<br />

einen wirksamen Weg gefunden, die Weinrebe<br />

vor „Schadpilzen“ wie dem falschen Mehltau<br />

biologisch zu schützen – ohne Pestizide und<br />

Genmanipulationen. Das Team um Professor Peter<br />

Nick identifizierte mithilfe asiatischer Wildreben<br />

eine Substanz, mit der man den Pilz davon<br />

ablenken kann, in die Spaltöffnungen einzudringen<br />

und die Blätter zu infizieren.<br />

Der Falsche Mehltau, ein pilzähnlicher Parasit,<br />

der weltweit große Schäden im Weinbau verursacht,<br />

wurde im 19. Jahrhundert aus Amerika<br />

eingeschleppt. Er gelangt in ihr Inneres, breitet<br />

sich großflächig aus und ernährt sich vom Lebenssaft<br />

seines Wirtes. Weil Pflanzenschutzmittel<br />

schnell vom Regen weggespült werden, sind<br />

13 bis 15 Spritzungen pro Saison nötig. Etwa 70<br />

Prozent der Fungizidproduktion gehen allein auf<br />

das Konto des Weinbaus.<br />

„Damit wir weniger spritzen müssen, brauchen<br />

wir dringend neue Konzepte für die Verbesserung<br />

des Pflanzenschutzes“, fordert Professor<br />

Nick. Ein erfolgreicher Weg besteht darin, pilzresistente<br />

Gene amerikanischer Wildreben in die<br />

Kulturrebe einzukreuzen. Man bekommt dann<br />

durchaus Reben, die gegen den Pilz immun<br />

sind. Dank moderner Gen-Karten und hoch entwickelter<br />

molekularbiologischer Techniken ist<br />

Züchtung heute deutlich effizienter als früher.<br />

Die von Nick ersonnene neue Methode stellt<br />

nun einen vielversprechenden, umweltschonenden<br />

Ansatz dar mit relativ geringen Kosten und<br />

minimalem Zeitaufwand. Die Idee beruht auf der<br />

Erforschung der chemischen Kommunikation<br />

der Pflanze mit anderen Organismen. So können<br />

Pflanzen mittels Signalstoffen bestäubende Insekten<br />

anlocken oder sich durch Abgabe flüchtiger<br />

Duftstoffe gegen Fraßfeinde verteidigen.<br />

Michael Rauhe

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