2016_06 Wildrebentricks aus China

Was war die Motivation?

Weinbau bringt viel Geld pro Fläche, kostet aber auch viel Arbeit. Vor allem der Schutz gegen Krankheiten wie Reben-Peronospora oder Echter Mehltau ist für etwa 70% des europäischen Fungizidverbrauchs verantwortlich. Die Gesellschaft ist immer weniger bereit, diesen auch ökologischen Preis zu bezahlen. Neue Rebsorten, bei denen in einem fast 100 Jahre dauernden Züchtungsprozess Immunitätsfaktoren aus amerikanischen Wildreben eingekreuzt wurden, sind momentan das wirksamste Mittel zur Verminderung der Fungizidbelastung. Der deutsche Weinbau ist hier weltweit führend. Aber die Natur schläft nicht - schon gibt es neue Erreger-Stämme, die auch auf solchen sogenannten PiWi-Reben (für pilzwiderstandsfähig) wachsen können. Wir brauchen daher dringend neue Wege. "Neue Wege" bedeutet in der Züchtung immer: neue Gene. Der Echte Mehltau liebt warme Temperaturen und ist daher in den Mittelmeerländern, aber auch in Übersee (Australien, China, Kalifornien) zunehmend ein Problem. Auch hierzulande muss man sich wegen der Klimaerwärmung darauf einstellen, dass dieses Problem drängender wird. Die bisher genutzten Gene gegen den Echten Mehltau stammen aus Nordamerikanischen Wildreben, die schon lange mit diesem Pilz koexistieren mussten und daher wirksame Resistenzfaktoren gebildet haben. Wie gesagt, werden die aber zunehmend durch neue Stämme des Erregers unterminiert. Die Idee, in Wildreben aus anderen Regionen nach Resistenzfaktoren zu suchen, leuchtet zunächst einmal nicht ein - da der Echte Mehltau vor Kolumbus nur in Nordamerika vorkam, ist ja nicht zu erwarten, dass Wildreben in China oder Europa sich gegen diesen Pilz gewappnet haben.

Getrennt marschieren - vereint schlagen: eine Deutsch-Chinesische Erfolgsgeschichte

Genau dieser Weg erweist sich jedoch zunehmend als vielversprechend: neben der in den PiWi-Reben genutzten Immunität, die gegen einen ganz bestimmten Krankheitserreger (hier den Echten Mehltau) gerichtet ist, gibt es bei Pflanzen eine allgemeine Grundimmunität, die gegen eine Vielzahl von Krankheitserregern schützt. Diese Grundimmunität hat aber ihren Preis - sie benötigt Energie, die vom Wachstum abgezweigt wird. Da die Menschen seit Jahrtausenden auf schnelles Wachstum, große Beeren und hohen Zuckergehalt hin gezüchtet haben, ging diese Grundimmunität verloren. Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Yuejin Wang an der Northwest Agicultural and Forestry University in Yangling bei Xian arbeitet schon seit Jahrzehnten über chinesische Wildreben und hat entdeckt, dass bestimmte Typen der Art Vitis pseudoreticulata sehr gut mit dem Echten Mehltau zurechtkommen. Genau denselben Ansatz verfolgen wir mit der Europäischen Wildrebe (mehr...). Was lag also näher, als über diese Thematik zu kooperieren. Gefördert durch den Chinese Scholarship Council kam eine Doktorandin von Prof. Wang, Yuntong Jiao, für ein Jahr ans KIT, um ein aus diesen Wildreben isoliertes Gen, die Stilbensynthase zu untersuchen.

Was kam heraus?

Die Stilbensynthase ist für die Bildung von Resveratrol und Viniferin verantwortlich, wirksame Abwehrstoffe gegen Schadorganismen, die auch bei der Europäischen Wildrebe eine wichtige Rolle spielen. Die Arbeit begann mit einem Vergleich der Stilbensynthase aus Vitis pseudoreticulata mit einer Variante aus Kulturreben (Vitis vinifera). Das Protein selbst war fast identisch, aber der Promotor des Gens, worüber die Bildung der Stilbensynthase gesteuert wird, unterschied sich durch ein nur bei der Wildrebe vorkommendes Stück. Noch in China konnte gezeigt werden, dass Arabidopsis-Pflanzen, denen man dieses Wildrebengen einsetzte, sich besser gegen einen bei Arabidopsis vorkommenden Echten Mehltau zur Wehr setzen können. Der Grund war aber noch unklar. Yuntong Jiao kam daher ans KIT, um ein in unserer Gruppe etabliertes Testsystem zu nutzen, mit dem man das Anschalten eines Promotors messen kann. Dazu wird dieser Promotor vor die kodierende Sequenz von Glühwürmchen-Luciferase gesetzt. Luciferase ist das Enzym, was für das Leuchten dieser Insekten verantwortlich ist. Immer dann, wenn der Promotor aktiviert ist, entsteht so ein Leuchten, dass man messen kann. Mithilfe dieser Methode konnte Yuntong Jiao zeigen, dass der Stilbensynthase-Promotor aus der chinesischen Wildrebe besonders gut durch die Grundimmunität aktiviert wird. Etwas ännliches hatten wir schon für den Promotor des Genschalters MYB14 aus der Europäischen Wildrebe gesehen (mehr...), der an den Stilbensynthase Promotor bindet und diesen anschaltet. Die Überraschung war jedoch, dass auch Salicylsäure (Aspirin) ein besonders wirksamer Schalter ist. Dieses wichtige Pflanzenhormon hat nämlich normalerweise nur etwas mit der spezialisierten Immunität der PiWi-Reben zu tun und war bisher nicht mit der Grundimmunität in Verbindung gebracht worden. Bei der Europäischen Wildrebe hatten wir auch schon einmal Salicylsäure auf eine mögliche Wirkung getestet, aber nur eine recht müde Reaktion von MYB14 gesehen. Durch Versuche mit Hemmstommen konnten wir dann zeigen, dass das Salicylsäure-Signal über alle Zwischenschritte läuft, die man von der Grundimmunität her kennt.

Was bedeutet das?

Grundimmunität wird bei verschiedenen Wildreben über verschiedene Wege hochreguliert - bei den Europäischen Wildreben existiert eine besonders wirksame Variante des Genschalters MYB14, die dann Stilbensynthase aktiviert, bei den Chinesischen Wildreben wird dagegen ein Signal (Salicylsäure), das normalerweise eine andere Funktion bei der Abwehr hat, durch eine besondere Schaltervariante der Stilbensynthase selbst in die Grundimmunität rekrutiert. Das Ergebnis ist in beiden Fällen eine starke und schnelle Anhäufung von Resveratrol, das Pilzattacken stoppen kann. Die Natur hat also in China und in Europa verschiedene Wege entwickelt, um dasselbe Ziel zu erreichen. Jeder dieser Wege bietet uns auch eine neue Lösung, um den Befall mit diesen Erregern zu bekämpfen. Wir müssen also einfach nur sorgfältig hinschauen, diese Lösungen verstehen und dann auf kluge Weise anwenden.

Veröffentlichung

127. Jiao Y, Xu W, Duan D, Wang Y, Nick P (2016) A stilbene synthase allele from a Chinese wild grapevine recruits salicylic acid signalling for efficient defence, J. Exp. Bot. 67, 5841-5856 - pdf