Der mikroskopisch kleine Sojazystennematode (SCN) mag zwar klein sein, hat aber eine enorme Wirkung. Dieser Schädling heftet sich an die Wurzeln von Sojabohnen, ernährt sich von deren Nährstoffen und hinterlässt eine Spur der Zerstörung, die den Landwirten jedes Jahr Milliarden an Ertragsverlusten kostet. Leider scheitern die derzeitigen Methoden zur Bekämpfung von SCN, da der Schädling zunehmend resistent gegen herkömmliche Bekämpfungsmaßnahmen wird. Doch neue Forschungsergebnisse bieten nun einen Hoffnungsschimmer.
Ein gemeinsames Team von Wissenschaftlern der BASF Agricultural Solutions und des Advanced Bioimaging Laboratory am Donald Danforth Plant Science Center arbeitet an einer möglichen Lösung: einem speziellen Protein namens Cry14. In der Zeitschrift veröffentlicht Molekulare Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben, ihr Studium beschreibt detailliert, wie Cry14 den Kampf gegen SCN revolutionieren könnte.
Hauptautor R. Howard Berg und sein Team haben eine Möglichkeit entwickelt, Sojapflanzen genetisch mit diesem speziellen Protein auszustatten. Dieser Ansatz, der schon lange bei anderen Nutzpflanzen wie Mais und Baumwolle zur Bekämpfung von Insektenschädlingen eingesetzt wird, wurde nun erfolgreich umgesetzt, um zu verhindern, dass SCN sich von Sojabohnenwurzeln ernährt.
Diese Studie befasst sich mit wichtigen wissenschaftlichen Fragen zum Cry14-Protein, einschließlich seiner Funktion und seinem Potenzial zur Verbesserung bestehender landwirtschaftlicher Produkte für Landwirte. Die Studie zeigt, dass die Kombination von Cry14 mit aktuellen Behandlungsoptionen die SCN-Population in Sojabohnenwurzeln reduziert, was letztendlich zu höheren Sojabohnenerträgen führt.
Das Forschungsteam untersuchte auch, wie Cry14 diesen Schutz bietet. Widersprüchliche Daten in der wissenschaftlichen Literatur haben die Frage aufgeworfen, welche Größe „zu groß“ für die Aufnahme durch SCN ist. Das Cry14-Protein überschreitet die bisher angenommene Größenbeschränkung. Mithilfe modernster Elektronenmikroskopie- und Bildgebungsgeräte konnte das Team jedoch Bilder des Cry14-Proteins im Darm von SCNs aufnehmen, die sich von Sojabohnenpflanzen ernähren, die das Protein exprimieren. Diese Bilder liefern einen direkten Beweis dafür, dass Cry14 von Nematoden aufgenommen werden kann.
Zum ersten Mal wurde die hochauflösende Elektronenmikroskopie verwendet, um Cry-induzierte Schäden zu dokumentieren und eine Membranlyse in Darmzellen aufzudecken, die zum Zelltod führt. Dieser Befund bestätigt die erwartete Wirkungsweise von Cry-Proteinen.
Diese Forschung schafft einen Weg für die Verwendung anderer Cry-Proteine zur Bekämpfung von SCN und anderen Nematoden. Bisher hatten widersprüchliche Literatur und Herausforderungen bei der Arbeit mit Cry-Proteinen dies als praktikablen Ansatz für die Nematodenbekämpfung in Pflanzen nahezu unmöglich gemacht.
Diese Technologie kommt zu einem kritischen Zeitpunkt auf den Markt: Da SCN eine Resistenz gegen die Kontrolle durch einheimische Sojabohnenmerkmale entwickelt. Die neuen zellbiologischen Informationen darüber, wie Cry14 den Darm beeinflusst, könnten andere Forscher dazu anregen, diese Technologie auf neuartige Weise anzuwenden.
Weitere Informationen:
R. Howard Berg et al., Immunolocalization and Ultrastructure zeigen die Aufnahme von in Glycine max exprimiertem Cry-Protein durch Heterodera glycines und seine Wirkungsweise. Molekulare Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben (2024). DOI: 10.1094/MPMI-02-24-0021-R
Zur Verfügung gestellt von der American Phytopathological Society