Wie die „Impfung“ von Pflanzen den Einsatz von Pestiziden reduzieren und die weltweite Nahrungsmittelversorgung sichern könnte

In einer wachsenden und sich verändernden Welt müssen wir Wege finden, Essen auf den Tisch aller zu bringen. Pestizide haben den Massenanbau in unglaublichem Ausmaß ermöglicht, können jedoch schädliche Nebenwirkungen auf Menschen und Wildtiere haben, und Schädlinge entwickeln sich rasch weiter, um diese zu überwinden.

Um diese Herausforderung zu meistern und die nachhaltige und widerstandsfähige Landwirtschaft der Zukunft zu entwickeln, schreiben Wissenschaftler Grenzen in der Wissenschaft Erforschen Sie das Potenzial induzierter Resistenzen. Ähnlich wie bei einer Impfung für Pflanzen wird das Immunsystem einer Pflanze gezielt aktiviert, sodass die Pflanze sich besser wehren kann, wenn sie in Zukunft einem ähnlichen Stress ausgesetzt ist.

„Während induzierte Resistenzen schon seit Jahrzehnten untersucht werden, gewinnt ihre Nutzung im Pflanzenschutz erst seit Kurzem an Bedeutung“, sagte Prof. Brigitte Mauch-Mani von der Universität Neuchâtel, Hauptautorin des Artikels. „Wir plädieren für einen ganzheitlichen Ansatz zum Pflanzenschutz, der mehrere Strategien kombiniert, um maßgeschneiderte Lösungen zu liefern. Die induzierte Resistenz steht im Mittelpunkt eines solchen integrierten Ansatzes.“

Denkanstöße

Derzeit werden Nutzpflanzen größtenteils durch den Einsatz von Pestiziden und die Züchtung von Resistenzgenen geschützt, obwohl ein erhebliches Risiko besteht, dass Schädlinge sich schneller entwickeln als Pflanzen, die ihnen widerstehen sollen. Induzierte Resistenz verbessert die Fähigkeiten einer Pflanze, einen nachhaltigeren und potenziell breiteren Schutz zu bieten: die Verteidigung gegen mehrere Krankheitserreger und Schädlinge, nicht nur gegen einen.

Induzierte Resistenz kann verschiedene Formen annehmen – zum Beispiel, dass Pflanzen Verbindungen freisetzen, die die Fressfeinde von Pflanzenfressern anlocken –, aber die bekannteste und am weitesten verbreitete ist die Abwehrreaktion.

Die Abwehrreaktion findet statt, wenn ein Teil einer Pflanze Stress ausgesetzt ist. Dadurch werden Abwehrmechanismen schwach aktiviert, die dann vollständig aktiviert werden, wenn die Pflanze erneut angegriffen wird. Interessanterweise scheint diese Aktivierung so lange anzuhalten, dass sie in der nächsten Generation von Pflanzen auftreten kann, möglicherweise über epigenetische Mechanismen übertragen.

Allerdings bietet der induzierte Widerstand meist keinen vollständigen Schutz und muss daher mit anderen Maßnahmen kombiniert werden. Es muss außerdem sorgfältig kalibriert werden, um sicherzustellen, dass eine Pflanze nicht anderen Bedrohungen ausgesetzt wird und das Wachstum nicht dadurch beeinträchtigt wird, dass die Pflanze zu viele Ressourcen für die Verteidigung bereitstellt.

„Induzierte Resistenzen sind das Ergebnis eines komplexen Netzwerks von Entwicklungs- und Umweltpfaden in der Pflanze“, erklärte Mauch-Mani.

„Die sichere und effiziente Ausnutzung induzierter Resistenzen ist also nicht so einfach wie das Eindringen eines einzelnen Gens oder das Versprühen eines einzelnen Pestizids. Um daraus Kapital zu schlagen, müssen wir die optimalen Wachstumsbedingungen, das Pflanzenkeimplasma und die landwirtschaftlichen Praktiken von Fall zu Fall bewerten.“ über die vielfältigen Vorteile induzierter Resistenz.

Samen der Zukunft

Einmal umgesetzt, könnte induzierte Resistenz mehr bewirken als nur die Abwehr von Schädlingen. Einige der Abwehrstoffe, die Pflanzen als Reaktion auf induzierte Resistenzen produzieren, sind mit gesundheitlichen Vorteilen oder einer hochwertigeren Ernährung verbunden, was bedeutet, dass Menschen nicht nur von der Vermeidung von Pestiziden, sondern auch von einer gesünderen Ernährung profitieren könnten.

Die induzierte Resistenz ist auch schneller als die herkömmliche Züchtung und bietet eine schnellere Möglichkeit, sich an veränderte klimatische Bedingungen anzupassen. Es ist für sich entwickelnde Schädlinge schwieriger zu umgehen und bietet das Potenzial, einen Breitbandschutz zu bieten.

In Kombination mit einer integrierten Schädlingsbekämpfung, die die natürlichen Feinde der Schädlinge als Pflanzenschutz nutzt, „könnten wir induzierte Resistenzen nutzen, um den Einsatz von Pestiziden auf ein Minimum zu reduzieren und so die Landwirtschaft nachhaltiger zu machen. Außerdem könnten wir einen viel länger anhaltenden Pflanzenschutz sicherstellen, sobald wir ein besseres System entwickeln.“ Verständnis der epigenetischen Mechanismen, die das Abwehr-Priming an eine neue Generation weitergeben“, sagen die Forscher.

Um induzierte Resistenzen zu einem Teil des Werkzeugkastens von Landwirten und Lebensmittelwissenschaftlern zu machen, brauchen wir dringend mehr Forschung, die mehr reale Umstände abdeckt, sagen die Forscher. Wir müssen auch verstehen, wie sich induzierte Resistenzen unter weniger kontrollierten Bedingungen auswirken, und die Entwicklung unterstützen Methoden, die auf Feldversuche und dann auf die groß angelegte Landwirtschaft ausgeweitet werden können. Die Forscher forderten außerdem gesetzgeberische Unterstützung zur Festlegung von Qualitätsstandards zum Schutz von Produzenten und Verbrauchern.

„Wir sind fest davon überzeugt, dass die Grundlagenforschung zu induzierter Resistenz für den Übergang zu einer wirklich nachhaltigen Lebensmittelversorgung von entscheidender Bedeutung sein wird“, sagte Mauch-Mani. „Es besteht jedoch ein dringender Bedarf an einer besseren Kommunikation zwischen der auf Entdeckungen ausgerichteten Forschung und anderen Interessengruppen, die über das Fachwissen verfügen, um Entdeckungen in die Anwendung umzusetzen.“

„Regierungen müssen ein Forschungsumfeld und eine Klimafinanzierung schaffen, die einen effizienteren Wissensaustausch zwischen Wissenschaftlern, politischen Entscheidungsträgern und der Industrie ermöglicht. Wie die zugrunde liegende Biologie ist auch die erfolgreiche Nutzung induzierter Resistenzen auf vielfältige Anstrengungen angewiesen.“