Die geheime Rüstung der Lilie gegen Pflanzenpathogene

Die Fusarium-Welke ist eine ernste Bedrohung für die weltweite Schnittblumenindustrie und betrifft insbesondere Lilien. Diese durch Fusarium oxysporum verursachte Krankheit führt zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten durch Pflanzenfäule und -sterben. Mit herkömmlichen Züchtungsmethoden ist es bisher kaum gelungen, resistente Sorten zu schaffen, was hauptsächlich auf die komplexen genetischen und metabolischen Faktoren zurückzuführen ist, die mit der Krankheitsresistenz verbunden sind. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, müssen die Resistenzmechanismen bei Wildarten wie Lilium regale erforscht werden, um mögliche Wege und Gene zur Verbesserung der Nutzpflanzen zu identifizieren.

Forscher an der Kunming University of Science and Technology veröffentlicht eine Studie am 20. Mai 2024 in GartenbauforschungUntersuchung der Resistenz von Lilium regale gegen Fusarium-Welke.

Mithilfe eines Multi-Omics-Ansatzes kombinierte die Studie Transkriptomik, Proteomik und Metabolomik, um die komplexen Abwehrmechanismen dieser Wildlilie zu entschlüsseln. Die Forschung betont die entscheidende Rolle des Phenylpropanoid-Stoffwechsels bei der Vermittlung von Resistenzen, mit Implikationen, die zukünftige Züchtungsprogramme zur Verbesserung der Krankheitsresistenz bei kommerziell wichtigen Liliensorten leiten könnten.

Die Multi-Omics-Analyse der Studie identifizierte eine signifikante Hochregulierung von Genen und Signalwegen, die mit dem Phenylpropanoid-Stoffwechsel in Zusammenhang stehen, in Lilium regale nach einer Infektion mit Fusarium oxysporum. Es zeigte sich, dass Schlüsselmetaboliten wie Lignin, Flavonoide und Hydroxyzimtsäuren in resistenten Lilien in höheren Konzentrationen anfallen als in anfälligen. Diese Metaboliten stärkten nicht nur die physischen Barrieren der Pflanze, indem sie die Zusammensetzung der Zellwände verbesserten, sondern zeigten auch direkte antimykotische Eigenschaften, die das Wachstum des Erregers eindämmten und seine Virulenz verringerten.

Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Ethylen-responsive Transkriptionsfaktoren (ERFs), insbesondere LrERF4, eine entscheidende Rolle bei der Regulierung dieser Stoffwechselwege spielen. Die Überexpression von LrERF4 in anfälligen Liliensorten erhöhte die Resistenz und betonte weiter die Bedeutung des Phenylpropanoid-Stoffwechsels in der Abwehrstrategie der Pflanze. Diese umfassende Analyse bietet tiefere Einblicke in die molekularen und biochemischen Grundlagen der quantitativen Resistenz bei Pflanzen und eröffnet neue Wege zur Züchtung krankheitsresistenter Pflanzen.

Dr. Diqiu Liu, der leitende Forscher, betonte die Bedeutung der Studie und sagte: „Die Integration multiomischer Ansätze zum Verständnis komplexer Abwehrmechanismen von Pflanzen ist von entscheidender Bedeutung. Indem wir die Rolle des Phenylpropanoid-Stoffwechsels bei der Resistenz von Lilium regale gegen die Fusarium-Welke aufdecken, legen wir eine solide Grundlage für zukünftige Züchtungsprogramme. Die Entdeckung wichtiger regulatorischer Gene wie LrERF4 eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung krankheitsresistenter Sorten mit potenziell transformativen Auswirkungen auf die Gartenbauindustrie.“

Diese Studie hat weitreichende Auswirkungen auf die Gartenbauindustrie. Die Identifizierung des Phenylpropanoid-Stoffwechsels als wichtiger Abwehrmechanismus in Lilium regale stellt ein vielversprechendes Ziel für die Züchtung krankheitsresistenter Liliensorten dar. Darüber hinaus bietet die regulatorische Rolle von LrERF4 Möglichkeiten, Pflanzen mit verbesserter Resistenz gegen Fusarium-Welke und möglicherweise andere Pilzkrankheiten zu entwickeln. Durch die Anwendung dieser Erkenntnisse könnten Züchter widerstandsfähigere Pflanzen entwickeln, eine stabile Produktion sicherstellen und Verluste durch Krankheiten reduzieren, was letztendlich dem globalen Blumenmarkt zugutekommt.