Süßkartoffeln, ein Grundnahrungsmittel im Kampf gegen den weltweiten Hunger, sind erheblichen Schädlingen wie Weißen Fliegen und Rüsselkäfern ausgesetzt, die das Pflanzenwachstum und die Erträge beeinträchtigen. Eine neue Studie nutzt genomische und metagenomische Daten, um das Schädlingsaufkommen vorherzusagen und Schlüsselgene zu identifizieren, die die Abwehrmechanismen der Pflanze stärken könnten.
Süßkartoffeln erleiden erhebliche Ertragseinbußen durch Schädlinge wie Weiße Fliegen und Rüsselkäfer, die das Pflanzenwachstum und die Produktivität beeinträchtigen. Traditionelle Züchtungsmethoden sind mit der schnellen Bekämpfung dieser komplexen Schädlingsinteraktionen konfrontiert.
Die Rolle mikrobieller Gemeinschaften bei der Pflanzenabwehr gewinnt als mögliche Lösung zunehmend an Aufmerksamkeit. Aufgrund dieser Probleme besteht ein zunehmender Bedarf an eingehender Forschung, um die Wechselwirkungen zwischen Pflanze und Mikrobiom zu verstehen und zu nutzen, um schädlingsresistente Süßkartoffelsorten zu entwickeln.
Forscher der University of Tennessee und ihre Mitarbeiter veröffentlichten eine Studie am 10. Mai 2024 in GartenbauforschungDie Studie untersucht, wie metagenomische Daten genutzt werden können, um das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Insekten bei Süßkartoffeln zu verbessern. Durch die Integration von Metagenomdaten wollen die Forscher die Genauigkeit genomischer Vorhersagen zur Schädlingsresistenz verbessern.
Die Studie nutzte Hochdurchsatzsequenzierung und Metagenomprofilierung, um die Wechselwirkungen zwischen Süßkartoffeln und Insektenschädlingen, insbesondere Weißen Fliegen, zu untersuchen. Durch quantitative reduzierte Repräsentationssequenzierung (qRRS) identifizierten die Forscher signifikante Zusammenhänge zwischen Insektenschädlingen und verschiedenen mikrobiellen Gemeinschaften innerhalb des Süßkartoffel-Metagenoms.
Besonders bemerkenswert ist, dass die Studie ergab, dass Ethylen und Zellwandmodifizierungswege für die Resistenz gegen Weiße Fliegen entscheidend sind. Durch die Einbeziehung von Metagenomdaten als Kovariate in genomische Vorhersagemodelle konnten die Forscher die Vorhersagegenauigkeit für die Schädlingsresistenz deutlich verbessern.
Dieser umfassende Ansatz ergab, dass die Modellierung des Metagenoms zusammen mit dem Wirtsgenom eine genauere Vorhersage der Schädlingsresistenz ermöglicht, was das Potenzial metagenombasierter Züchtungsstrategien zur Entwicklung von Süßkartoffelsorten mit erhöhter Schädlingsresistenz unterstreicht.
Dr. Bode A. Olukolu, der leitende Forscher, erklärte: „Unsere Ergebnisse stützen die Holobiontentheorie und legen nahe, dass die Berücksichtigung des Metagenoms neben dem Wirtsgenom eine genauere Vorhersage der Schädlingsresistenz ermöglicht. Dieser Ansatz hat das Potenzial, die Züchtungsstrategien für Süßkartoffeln und andere Nutzpflanzen zu revolutionieren.“
Die Integration von Metagenomdaten in Züchtungsprogramme könnte zur Entwicklung von Süßkartoffelsorten mit erhöhter Resistenz gegen Schädlinge führen und so die Abhängigkeit von chemischen Pestiziden verringern. Diese Studie ebnet den Weg für weitere Forschungen zur Rolle pflanzenassoziierter mikrobieller Gemeinschaften beim Pflanzenschutz und der Nachhaltigkeit.
Mehr Informationen:
Alhagie K Cham et al, Metagenom-basierte Modelle verbessern die genomische Vorhersagekraft und Identifizierung herbivorielimitierender Gene in Süßkartoffeln, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae135