Optischer Sensor soll Pflanzenzüchtung beschleunigen

Neues aus der Forschung

Meldung vom 20.03.2019

System der Uni Bonn untersucht, wie Genaktivitäten und Reflexions-Eigenschaften von Pflanzen zusammenhängen.
Wissenschaftler der Universität Bonn haben in einer Pilotstudie untersucht, wie die Reflexions-Eigenschaften pilzinfizierter Pflanzen mit der Aktivität ihrer Gene zusammenhängen. In Zukunft kann dies möglicherweise die Züchtung resistenter Sorten deutlich vereinfachen. Die Studie ist in der Zeitschrift PLOS ONE erschienen.


190321-1248_medium.jpg
 
Dr. Jan Behmann (links) und Dr. Matheus T. Kuska bei der Betrachtung eines Reflexionsspektrums.
Matheus Thomas Kuska, Jan Behmann, Mahsa Namini, Erich-Christian Oerke, Ulrike Steiner und Anne-Katrin Mahlein
Discovering coherency of specific gene expression and optical reflectance properties of barley genotypes differing for resistance reactions against powdery mildew
PLOS ONE
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0213291


Wissenschaftler der Universität Bonn haben in einer Pilotstudie untersucht, wie die Reflexions-Eigenschaften pilzinfizierter Pflanzen mit der Aktivität ihrer Gene zusammenhängen. In Zukunft kann dies möglicherweise die Züchtung resistenter Sorten deutlich vereinfachen. Die Studie ist in der Zeitschrift PLOS ONE erschienen.

In ihren Experimenten brachten die Wissenschaftler Gerstenpflanzen mit einem Pilz in Kontakt, der die Pflanzenkrankheit Echter Mehltau hervorruft. Danach nahmen sie die Aktivität verschiedener pflanzlicher Gene unter die Lupe, die bei einer solchen Infektion typischerweise „reagieren“. Zugleich untersuchten sie, wie sich im Krankheitsverlauf das Reflexionsmuster der infizierten Blätter im Bereich des sichtbaren Lichts und des nahen Infrarots veränderte.


 
Hyperspektrales Bild eines am Echten Mehltau erkrankten Gerstenblattes.

„Die Untersuchung haben wir mit drei verschiedenen Gerstensorten durchgeführt“, erklärt Dr. Jan Behmann vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaft und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn: „Eine davon erkrankt in aller Regel sehr schwer; sie kann dem Schadpilz nichts entgegensetzen. Die beiden anderen weisen dagegen zwei unterschiedliche Resistenzen gegen den Erreger auf.“

Die Reflexions- und Genaktivitäts-Werte zu verschiedenen Zeitpunkten speisten die Wissenschaftler dann in ein lernfähiges Analysemodell ein. Am Ende dieses Trainings-Vorgangs konnte die Software ermitteln, welche Wellenlängen einen Zusammenhang zu den Genaktivitäten der untersuchten Gerstensorten aufweisen. In einem nächsten Schritt suchten die Forscher nach einer möglichen biologischen Erklärung für diesen Befund. So sorgt eines der bei der Infektion aktivierten Gene dafür, dass sich als Abwehrreaktion die Zellwände der Pflanze verändern. Dass das Auswirkungen auf das Reflexionsmuster hat, ist plausibel.

Endgültiger Beweis steht noch aus

„Es ist das erste Mal, dass mit Hilfe hyperspektraler Bilder derartige Zusammenhänge aufgedeckt werden konnten“, sagt der ehemalige INRES-Forscher Dr. Matheus T. Kuska. Der endgültige Beweis, dass Genaktivitäten sich durch spezifische Reflexionsmuster verraten, stehe aber noch aus. Daher müssen die Ergebnisse nun in weiteren Experimenten bestätigt werden. „Dazu müssen gezielt bestimmte Gene ausgeschaltet werden“, erklärt Kuska. „Anschließend lässt sich dann überprüfen, ob unser System das erkennen kann.“



Dass optische Sensoren Pflanzenkrankheiten schon im Frühstadium detektieren können, ist bereits seit einiger Zeit bekannt. Die aktuelle Arbeit geht jedoch einen Schritt weiter. Vorteile versprechen sich die Wissenschaftler vor allem für die Züchtungsforschung, etwa bei der Identifikation neuer Resistenzen.

Bislang waren dazu aufwändige molekularbiologische Untersuchungen nötig. „Unseren Ergebnissen zufolge könnten neuartige Resistenzmechanismen bzw. die entsprechenden Gene durch ein verändertes Reflexionsmuster erkannt werden“, sagt Behmann. „Die hyperspektralen Bilder könnten also einen Hinweis darauf liefern, wo es sich lohnt, mit molekularbiologischen Methoden genauer hinzuschauen“, ergänzt Kuska. „Dadurch ließen sich neue Resistenzmechanismen möglicherweise erheblich schneller aufspüren als bislang.“


Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw-online


News der letzten 7 Tage

www.biologie-seite.de 5 Meldungen

Meldung vom 17.04.2019

Acht neue Süßwasserfischarten in der Türkei entdeckt

Eine umfassende Überarbeitung der 30 Arten von Steinbeissern der Gattung Cobitis brachte jetzt acht neue Sü ...

Meldung vom 17.04.2019

Acht neue Süßwasserfischarten in der Türkei entdeckt

Eine umfassende Überarbeitung der 30 Arten von Steinbeissern der Gattung Cobitis brachte jetzt acht neue Sü ...

Meldung vom 17.04.2019

Flexibel gewinnt: Asiatischer Elefant überlebt Stegodon

Senckenberg-Wissenschaftler haben mit chinesischen Kollegen und Kolleginnen die Ernährungsgewohnheiten des As ...

Meldung vom 16.04.2019

Die Mehrheit der deutschen Bevölkerung sieht die Rückkehr der Wölfe positiv

Die Mehrheit der deutschen Bevölkerung hält die Rückkehr der Wölfe für eine gute Sache, berichten Sencken ...

Meldung vom 16.04.2019

Wie Dohlen sich merken, was sie wann wo getan haben

Krähenvögel sind zu Gedächtnisleistungen im Stande, die denen von Menschen nahekommen. Wie ihr Gehirn, das ...



06.03.2019
Bindung mit Folgen
16.01.2019
Plötzlich gealtert

19.12.2018
Baum der Schrecken
07.11.2018
Plastik im Fisch
28.09.2018
Gestresste Pflanzen

13.08.2018
Wie Vögel lernen

15.06.2018
Primaten in Gefahr
24.05.2018
Störche im Aufwind
21.03.2019
Kenne Deinen Fisch!
21.03.2019
Leben ohne Altern
21.03.2019
Lebensraum Käse
21.03.2019
Domino im Urwald
21.03.2019
Trend-Hobby Imker
21.03.2019
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung