Eisenbehandlung stärkt das Immunsystem von Reis, zeigt eine Studie

Reis (Oryza sativa L) ist das weltweit am häufigsten verwendete Getreide für den menschlichen Verzehr und nach Mais das am zweithäufigsten produzierte Getreide der Welt. Die Reisproduktion ist jedoch ernsthaft durch Reisbrand bedroht, eine Pilzkrankheit, die in mehr als 80 Ländern auf allen Kontinenten gemeldet wurde, einschließlich der Anbaugebiete fast aller Reisanbaugebiete in Spanien (Andalusien, Extremadura, Katalonien, Valencia usw .).

Eine Studie, die kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Reis und unter der Leitung von Blanca San Segundo, CSIC-Forscherin bei CRAG, hat gezeigt, dass die Exposition von Reispflanzen gegenüber mäßig hohen Eisenkonzentrationen die Widerstandsfähigkeit gegen Infektionen durch den pathogenen Pilz Magnaporthe oryzae erhöht, dem Erreger der Reisbräune, der häufigsten Krankheit bei dieser Kultur und dafür verantwortlich für große Produktionsausfälle weltweit.

Eisen ist ein essentieller Nährstoff für Pflanzenwachstum und -entwicklung. Obwohl es in den meisten landwirtschaftlichen Böden reichlich vorhanden ist, ist seine Verfügbarkeit für Nutzpflanzen möglicherweise gering. Je nach Bodenbeschaffenheit liegt Eisen in seiner unlöslichen oder löslichen Form vor und kann daher von der Pflanze mehr oder weniger gut aufgenommen werden. Außerdem kann sowohl ein Mangel als auch ein Überschuss an Eisen für die Pflanze giftig werden. Daher erweist sich die genaue Kontrolle der Eisenmenge sowie seiner Bioverfügbarkeit als entscheidend für das richtige Wachstum und die Produktivität der Pflanzen.

Unter Verwendung von RNA-Sequenzierungsmethoden, die die Analyse der Expressionsniveaus verschiedener Gene ermöglichen, hat das Forschungsteam die Aktivierung mehrerer Gene im Zusammenhang mit der Pflanzenabwehr nachgewiesen, wenn Reis für kurze Zeit mit Eisen behandelt wurde. Darüber hinaus erhöht das Vorhandensein von Eisen die Expression von Genen im Zusammenhang mit der Bildung von Phytoalexinen, Molekülen mit antimykotischer Aktivität, die das Wachstum von Magnaporthe oryzae hemmen können. So konnte gezeigt werden, dass eine moderate Behandlung mit Eisen das angeborene Immunsystem von Reis aktiviert.

Diese Arbeit zeigt, dass unter Infektionsbedingungen in den Blättern von mit Eisen behandelten Pflanzen eine Anreicherung sowohl von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) als auch von Eisen in spezifischen und sehr lokalisierten Regionen des infizierten Blattes beobachtet wird, die den Eintrittspunkten der Pathogene entsprechen . Dies löst in den Pflanzenzellen einen Prozess des programmierten Zelltods aus, der als Ferroptose bekannt ist, der das Fortschreiten des Pilzes im infizierten Gewebe begrenzt und die Infektion daher von der Pflanze selbst kontrolliert wird.

„Die Zellselbstmordreaktion oder Ferroptose wurde bei Reissorten beschrieben, die gegen eine Infektion durch M. oryzae resistent sind (inkompatible Wechselwirkungen). Es ist jedoch das erste Mal, dass diese Reaktion bei Reispflanzen beobachtet wurde, die für eine Infektion durch diesen Pilz anfällig sind.“ ein Ergebnis der Eisenbehandlung. Eisen hat eine Funktion, die die Immunantwort in der Reispflanze verstärkt“, sagt Blanca San Segundo, die leitende Forscherin der Studie.

Frühere Studien der gleichen Gruppe wiesen bereits darauf hin, dass Nährstoffe eine Schlüsselrolle bei der Resistenz oder Anfälligkeit gegenüber einer Infektion durch diesen Pilz spielen könnten. Dasselbe Forschungsteam 2020 erschienen dass ein Überschuss an Phosphat als Folge des übermäßigen Einsatzes von Phosphatdüngern den gegenteiligen Effekt hat, da er den Reis anfälliger für Infektionen durch denselben Pilz macht.

Das Verständnis der Beziehung zwischen der Nährstoffversorgung (Makronährstoffe und Mikronährstoffe) und der Abwehrreaktion der Pflanze gegen Krankheitserreger kann bei der Entwicklung neuer Schutzstrategien gegen die Explosionskrankheit sehr nützlich sein und somit die damit verbundenen wirtschaftlichen Verluste minimieren. Darüber hinaus wird dieses Wissen dazu beitragen, nachhaltigere Praktiken für den Reisanbau zu etablieren, indem der Einsatz von Agrochemikalien (Düngemitteln und Pestiziden) reduziert wird.