In der Landwirtschaft ist Reis für mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung ein Grundnahrungsmittel, weshalb sein Anbau für die Ernährungssicherheit von entscheidender Bedeutung ist. Allerdings stellt der Reisbrandpilz Pyricularia oryzae (syn. Magnaporthe oryzae) eine erhebliche Bedrohung für den Reisanbau dar, da er erhebliche Schäden anrichtet und zu erheblichen Ertragseinbußen führt.
Traditionelle Methoden zur Bekämpfung dieses Krankheitserregers basieren häufig auf chemischen Fungiziden, die schädliche Auswirkungen auf die Umwelt haben und zur Entwicklung resistenter Stämme beitragen können. Daher erforschen Forscher alternative Strategien, die natürliche mikrobielle Interaktionen nutzen, um die Pflanzengesundheit zu fördern und Krankheiten nachhaltiger zu bekämpfen.
In einer aktuellen Studie unter der Leitung von Assistenzprofessor Yuuki Furuyama vom Department of Applied Biological Science der Tokyo University of Science (TUS) wollte ein Forscherteam die Beziehung zwischen P. oryzae und dem nützlichen Bodenbakterium Streptomyces griseus untersuchen.
Zum Forschungsteam gehörten Frau Risa Sugiura, Prof. Kouji Kuramochi, Prof. Takashi Kamakura und Dr. Takayuki Arazoe, alle von TUS, sowie Dr. Takayuki Motoyama vom Institut für physikalische und chemische Forschung und Dr. Hiroyuki Osada von das Institut für Mikrobielle Chemie. Ihre Studie wurde am 23. September 2024 in veröffentlicht Berichte zur Umweltmikrobiologie.
„Während umfangreiche Untersuchungen darüber durchgeführt wurden, wie Reisbrandpilze ihre Wirtspflanzen infizieren, sind viele Aspekte ihres Lebenszyklus noch immer kaum verstanden. Ziel unserer Studie ist es, Licht auf die Wechselwirkungen zwischen Reisbrandpilzen und anderen Mikroorganismen im Boden zu werfen und diese zu erforschen entscheidender Teil ihres Lebenszyklus über den Infektionsprozess hinaus“, erklärt Dr. Furuyama.
Um diese Wechselwirkungen zu untersuchen, führte das Team eine Reihe von Experimenten mit Kokulturen von P. oryzae und S. griseus durch. Sie maßen die pH-Änderungen im Wachstumsmedium und beobachteten die Auswirkungen auf das Wachstum von S. griseus unter verschiedenen Bedingungen.
Ihre Ergebnisse zeigten, dass die Anwesenheit von P. oryzae den pH-Wert des Mediums deutlich erhöhte, was wiederum das Wachstum von S. griseus förderte. Bemerkenswerterweise war diese Wachstumssteigerung unabhängig vom direkten Kontakt zwischen den beiden Mikroorganismen, was darauf hindeutet, dass P. oryzae nichtflüchtige alkalische Verbindungen produzierte, die für diesen Effekt verantwortlich waren.
In der Studie wurde auch hervorgehoben, dass andere pathogene Pilze wie Fusarium oxysporum und Cordyceps tenuipes bei S. griseus kein ähnliches Wachstum hervorriefen, was darauf hindeutet, dass die beobachtete Interaktion spezifisch für P. oryzae ist. Darüber hinaus schlossen die Forscher Ammoniak als die für den pH-Wert-Anstieg verantwortliche Verbindung aus, was sie zu der Annahme veranlasste, dass das von P. oryzae produzierte Polyamin der aktive wachstumsinduzierende Wirkstoff sein könnte.
Die Entdeckung dieser einzigartigen mikrobiellen Interaktion hat erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung nachhaltiger landwirtschaftlicher Praktiken. S. griseus ist für seine Fähigkeit bekannt, Antibiotika zu produzieren, die das Wachstum pathogener Mikroorganismen unterdrücken können. Durch die Förderung des Wachstums von S. griseus kann P. oryzae unbeabsichtigt Bedingungen schaffen, die zur Kontrolle seiner eigenen Ausbreitung genutzt werden könnten.
„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass S. griseus als Biokontrollmittel in Reisfeldern eingesetzt werden könnte und eine Alternative zu chemischen Fungiziden darstellt“, sagt Dr. Furuyama. „Wenn wir das Wachstum von S. griseus in Reisfeldern steigern können, können wir möglicherweise die Auswirkungen der Reisexplosion auf umweltfreundliche Weise reduzieren.“
Darüber hinaus bietet die Studie wertvolle Einblicke in die ökologische Rolle von P. oryzae und weist darauf hin, dass dieser Pilz die Zusammensetzung und Dynamik mikrobieller Gemeinschaften im Boden beeinflussen kann. Die Forscher schlagen vor, dass ihre Ergebnisse umfassendere Auswirkungen auf unser Verständnis darüber haben könnten, wie sich die pH-Modulation auf mikrobielle Interaktionen auswirkt, und den Weg für die Entwicklung innovativer Biokontrollstrategien auch für die Bekämpfung anderer Pflanzenkrankheiten ebnen könnten.
Mit dieser Entdeckung hat das Team einen entscheidenden Schritt hin zu nachhaltigeren landwirtschaftlichen Praktiken getan. Das Potenzial, die Kraft mikrobieller Interaktionen zur Bekämpfung von Reisbrand zu nutzen, könnte die Art und Weise, wie wir die Krankheitsbekämpfung im Reisanbau angehen, revolutionieren und Hoffnung auf eine Zukunft mit weniger Abhängigkeit von schädlichen chemischen Stoffen geben.
Weitere Informationen:
Risa Sugiura et al., Pyricularia oryzae steigert das Wachstum von Streptomyces griseus über nichtflüchtige alkalische Metaboliten, Berichte zur Umweltmikrobiologie (2024). DOI: 10.1111/1758-2229.70012