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Gene, die Tomaten gegen Welke resistent machen, entdeckt

29.04.1997 - (idw) Weizmann Institut

ENTDECKT: GENE, DIE TOMATEN GEGEN WELKE RESISTENT MACHEN

Die Ergebnisse sollen Tomatenzucht verbessern

REHOVOT, Israel - 23. April 1997 - Eine Gruppe von Genen, die Tomaten gegen die Welkekrankheit resistent macht, wurde in einer israelisch-amerikanischen Studie unter der Leitung von Prof. Robert Fluhr vom israelischen Weizmann Institut entdeckt. Die Ergebnisse, die in der kommenden Ausgabe der Zeitschrift The Plant Cell (Vol. 9, Ausgabe 4) veroeffentlicht werden, sollen die Zuechtung neuer, widerstandsfaehiger Sorten beschleunigen und den Bedarf an chemischer Schaedlingsbekaempfung verringern.

Wildtomaten - nicht aber Speisetomaten - sind von Natur aus immun gegen die Welkekrankheit, die durch den Bodenpilz Fusarium oxysporum (Stamm lycopersici) hervorgerufen wird. Die Pflanzen- krankheit, die einst in Tomatenplantagen weit verbreitet war, konnte durch klassische Zuchttechniken weitgehend unter Kontrolle gebracht werden. Allerdings ist die Zuechtung neuer Sorten mit diesen Methoden ein aufwendiger, oft Jahzre dauernder Prozess, da unzaehlige Generationen von Hybrid- pflanzen gezuechtet werden, deren unerwuenschte Eigenschaften durch Kreuzung eliminiert werden muessen, waehrend man versucht, die erwuenschten Eigenschaften zu erhalten.

Die neue Studie vereinfacht dieses Verfahren erheblich. Zuechter koennen mit Hilfe molekularer Marker die genetische Zusammensetzung einer neuen Kreuzung einfach verfolgen, ohne sie in jeder Stufe testen zu muessen. Die Erkenntnisse der Studie sind ausserdem ein Schritt auf dem Weg zu neuen, gentechnisch entwickelten Sorten, die eine optimale Mischung erwuenschter Eigenschaften aufweisen.

"Ohne Gene, die die Pflanzen auf natuerliche Weise gegen Krankheiten wie die Welkekrankheit resistent machen, muessen Landwirte weitraeumig Fungizide spruehen oder den Boden entsprechend behandeln," sagt Prof. Fluhr von der Abteilung Pflanzengenetik des Weizmann Instituts.

"Wenn wir die Pflanze mit einer natuerlichen Selbstverteidung ausstatten," faehrt Fluhr fort, "reduzieren wir den Bedarf an umweltbelastenden Chemikalien."

Neben Prof. Fluhr waren seine Abteilungskollegin Dr. Dvora Aviv und die Doktorandin Naomi Ori, sowie Prof. Dani Zamir mit dem Doktoranden Yuval Eshed von der agrarwissenschaftlichen Fakultaet der Hebraeischen Universitaet in Jerusalem und Prof. Steve Tanksley von der Cornell Universitaet im US-amerikanischen Bundesstaat New York an der Studie beteiligt.

Die nun gefundenen Gene sind von besonderer Bedeutung, weil sie die erste Verteidigungslinie der Pflanze gegen den Angriff der Fusarium-Pilze bilden. Sie funktionieren als Regelschalter und indu- zieren die Ausschuettung verschiedener Verteidigungsstoffe, wie zum Beispiel zerstoererische Sauerstoff- molekuele, die den Krankheitserreger bombardieren, oder Enzyme, die den Erreger zerstueckeln.

"Ein besseres Verstaendnis der Funktionsweise dieser Gene sollte uns ermoeglichen, diese Verteidigungskomponenten auf Wunsch zu aktivieren," sagt Fluhr.

"Die Methodik zur Isolierung von Widerstandsgenen, die von uns mit entwickelt wurde, koennte ausserdem dabei helfen, neue Widerstandsgene zu entwickeln und in verschiedene Pflanzen, in denen sie fehlen, einzuschleusen," fuegt er hinzu.

Pflanze gegen Pilz Die Fusarium-Welkekrankheit wird durch einen Pilz hervorgerufen, der durch die Wurzeln, vor allem durch verletztes Gewebe, in die Pflanze eindringt. Der Pilz arbeitet sich dann zum Gefaesssystem der Pflanze vor, in dem Wasser und Naehrstoffe transportiert werden. Dort gedeiht er. Der Fusarium-Pilz tut sich jedoch nicht nur an den Naehrstoffen der Pflanze guetlich, er produziert auch Toxine. Nimmt der Pilz ueberhand, kommt es zu einem Zusammenbruch des Gefaesssystems, die Pflanzen welken und sterben oftmals ab.

In der Studie wurde zuerst die chromosomale Lage der Welke-Resistenzgene festgestellt, die als Immunity-2-Cluster (I2C) Genfamilie bekannt ist. Dann wurden die Gene geklont und in nicht-resistente Pflanzen eingeschleust, die daraufhin weitaus widerstandsfaehiger gegen die Welkekrankheit waren. Um nachzuweisen, dass I2C wirklich die langgesuchte Widerstands-Genfamilie ist, schleusten die Wissenschaftler eine fehlerhafte, mutierte Kopie dieser Gene in die resistenten Pflanzen ein. Das Resultat war, dass die Pflanzen ihre Widerstandsfaehigkeit verloren und verwelkten.

Strukturen des Widerstands Bei der Entschluesselung des grundlegenden Aufbaus der Aminosaeuren des I2C fiel den Forschern eine verblueffende _hnlichkeit mit einigen kuerzlich gefundenen Resistenzgenen anderer Pflanzen auf - so zum Beispiel mit einem Gen, das Tabakblaetter gegen Viren resistent macht und mit einem anderen, das Unkrautblaetter gegen Bakterien immun macht. Die _hnlichkeit ist erstaunlich, da die pflanzlichen Mechanismen zur Verteidigung von Blaettern und Gefaesssystem sehr unterschielich sind: Wird ein Blatt angegriffen, kann die Pflanze die Naehrstoffzufuhr zur angegriffenen Stelle unterbinden, so dass der befallene Bereich mit dem Angreifer abstirbt, waehrend die restliche Pflanze intakt bleibt. Wenn man es jedoch mit einem Angriff auf das Gefaesssystem zu tun hat - den Lebensadern der Pflanze - muss die Pflanze zu praeziseren Strategien greifen. Sie kann zum Beispiel spezielle Zellstrukturen produzieren, die den Pilz auf den unteren Wurzelbereich beschraenken und so die Krankheit eindaemmen.

"Strukturelle _hnlichkeiten gibt es nicht nur bei den Produkten verschiedener pflanzlicher Resis- tenzgene," sagt Fluhr, "eine Eigenschaft, die an eine Komponente biologischer Rezeptoren erinnert, kann auch bei Tieren gefunden werden. Das unterstreicht die Einheit des Tier- und Pflanzenreiches."

Die Studie wurde unterstuetzt vom US-israelischen Fonds fuer landwirtschaftliche Forschung und Entwicklung, dem israelischen Wissenschaftsministerium, der EG-Kommission und dem Leo und Julia Forchheimer-Zentrum fuer Molekulargenetik am Weizmann Institut.

Prof. Fluhr koordiniert das Pflanzengenom-Zentrum des israelischen Wissenschaftsministeriums am Weizmann Institut, an dem Wissenschaftler aus mehreren Forschungseinrichtungen Israels beteiligt sind. Ziel des Zentrums ist es, Israels Beteiligung an den weltweiten Bemuehungen zur Erforschung des Pflanzengenoms zu staerken, voranging durch die Erarbeitung von Technologien zum Klonen und Isolieren von Genen.

Presseanfragen richten Sie bitte an Luba Vikhanski, Tel. 972 8 934 3855 e-mail rrluba@weizmann.weizmann.ac.il


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