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Molekulare Phytomedizin

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Forschung

Grundlagenforschung zur weiteren Entwicklung von Pflanzenschutz und Pflanzenzüchtung

Von Krankheitserregern und Schädlingen befallene Pflanzen weisen meist deutliche Verluste in Ertrag und Qualität der Ernte auf. Für die Landwirtschaft ist es wichtig, diese Verluste umweltschonend, mit möglichst geringem Aufwand, aber effektiv zu reduzieren. Pflanzenschutz und die Pflanzenzüchtung spielen dabei eine wichtige Rolle, bedürfen aber neuartiger Strategien, um den immer höher gestellten Anforderungen gerecht zu werden. Mit diesem Ziel ist es von großer Bedeutung, Grundlagenforschung zu betreiben, die darauf abzielt, die Basis für die Praxis von morgen zu entwickeln. Die molekulare Phytomedizin, also die Analyse von Vorgängen auf der Ebene von DNA, Proteinen und Metaboliten in der Zelle, in Geweben oder der ganzen Pflanze ist grundlagenorientiert, erhält ihre Fragestellungen aber aus der Praxis und zielt natürlich auch darauf ab, Antworten für die Praxis zu erarbeiten.

 

Anfällig oder resistent – Interaktion von Pathogenen und ihren Wirtspflanzen

In unseren Forschungsprojekten befassen wir uns mit der Interaktion zwischen bodenbürtigen Pathogenen, schwerpunktmäßig Nematoden, und ihren Wirtspflanzen. Wir gehen auch der Frage nach, welche Rolle pflanzenassoziierte Mikroorganismen im Verlauf der Abwehr von biotischem und abiotischem Stress spielen.

Pflanzen reagieren auf den Befall durch Pathogene entweder anfällig, wobei befallene Gewebe unter die Kontrolle der Krankheitserreger geraten, oder sie reagieren mit bestimmten Formen von Abwehr, die bis hin zu einer vollständigen Resistenz führen können. Ziel unserer Arbeiten ist es, zu erforschen, welche Mechanismen den verschiedenen Reaktionen auf molekularbiologischer und zellbiologischer Ebene zugrunde liegen.

 

Pflanzenparasitäre Nematoden – winzige Schadtiere mit großer Wirkung

Pflanzenparasitäre Nematoden sind meist kleiner als 1 mm, bestehen aus ca. 1000 Zellen, sind aber von größter wirtschaftlicher Bedeutung, da sie durch ihre Saugaktivität und dadurch ausgelöste Reaktionen Pflanzen schwer schädigen. In Kulturen wie Tomate, Banane und Sojabohne zählen sie zu den wichtigsten Schaderregern. In Mitteleuropa sind Nematoden in Gemüsekulturen, Zuckerrüben, Kartoffeln, Baumschulen und Zierpflanzen ein großes Problem. Kürzlich eingeschleppte Nematoden bedrohen neuerdings Kieferbestände in Südeuropa. Im Nahen Osten und anderen ariden und semiariden Regionen wird der Anbau von Weizen durch den Befall von Nematoden stark beeinträchtigt. Der weltweite jährliche Schaden wird auf hunderte Millionen Euro geschätzt.

 

Pflanzenassoziierte Mikroorganismen

Pflanzen sind oberflächlich und vermutlich häufig auch in ihrem Inneren mit Bakterien und Pilzen besiedelt. Viele pflanzenassoziierte Mikroorganismen modulieren die Reaktion der Pflanze auf Pathogenbefall und abiotischen Stress, in dem sie Abwehr oder Toleranz der Pflanze verbessern und so zu einer Verminderung der Verluste führen. In unseren Untersuchungen konzentrieren wir uns auf verschiedene Pilze, die Pflanzenwurzeln ohne Krankheitssymptome besiedeln und dabei die Abwehr gegen Nematoden oder die Toleranz von Pflanzen gegen Trockenstress steigern. Noch ist sehr wenig darüber bekannt, auf welche von den Pilzen ausgehende Signale Pflanzen mit einer gesteigerten Leistungsfähigkeit reagieren.

 

Grundlagenforschung an Modell- und Kulturpflanzen

Der Schwerpunkt unserer Arbeiten liegt an der Erforschung der Interaktion zwischen so genannten Zystennematoden und ihren Wirtspflanzen. Zystennematoden lösen durch Abgabe von Substanzen die Bildung eines tumorartigen Nährzellensystems in der Wurzel aus, von dem sie ihre Nahrung durch einen Mundstachel aufnehmen und das der Pflanze Nährstoffe und Wasser entzieht. Dieser Entzug hat massive Folgen für den Nährstofftransport und die Nährstoffverteilung innerhalb der Pflanze. Er führt zu Krankheitssymptomen und Ertragsverlusten. Wir analysieren, wie es zu den zellulären Veränderungen des Wurzelgewebes kommt und welche molekularen Signale in der Pflanze zu Veränderungen von Nährstofftransport und Stoffwechsel führen. Für diese Untersuchungen verwenden wir vor allem die Modellpflanze Arabidopsis thaliana, aber auch Kulturpflanzen wie Zuckerrübe, Senf, Tomate, Kartoffel und Getreide. Manche Pflanzen zeigen von Natur aus Resistenz gegen Nematoden. In der praktischen Züchtung und in manchen Kulturen kann man diesen Effekt bereits nutzen. Bis heute ist aber völlig unklar, worauf diese Resistenz im Detail beruht. Ziel dieser Arbeiten ist es, in der komplexen Biologie der Zystennematoden neue Ansatzstellen für Pflanzenschutz und Resistenzzüchtung zu finden. 

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