Welche Arten von Resistenzen gibt es und wie kann man sie erfassen?

Nicht resistent

Wie man Resistenzen einteilen kann:

Zum einen gibt es die Nichtwirtstresistenz. Diese ist dann der Fall, wenn alle Genotypen und Sorten einer Art gegen alle Rassen eines Pathogens resistent sind. Wir haben eine vollständige Resistenz bzw. Immunität, die Pflanze wird nicht krank.

Wenn aber doch Krankheitssymptome auftreten, kann man zwei Schubladen aufmachen:

  • qualitative Interaktion:
    Eine qualitative Interaktion äußert sich in einer rassenspezifische Resistenz, die meist auf einem, maximal zwei Genen beruht.So eine rassenspezifische Resistenz wird auch gerne als vertikale Resistenz bezeichnet. Wer nach solchen Resistenzen züchtet, hat damit meist nicht lange seine Freude. Zwar hat man eine Zeit lang eine 100% Resistenz und damit keine Einbußen durch Krankheiten. Das Pathogen findet recht schnell einen weg, die Pflanze bzw. den Art, Sorte oder den Genotyp zu befallen. Dann muss ein neues Resistenzgen her.
  • quantitative Interaktion:
    Eine quantitative Interaktion äußert sich in einer partiellen Resistenz, auch gerne horizontale Resistenz genannt. Das bedeutet, dass rassenunabhängig die Pflanze gegen viele Erreger oder Erregerrassen ein Stück weit resistent ist – ein breites (horizontales) Band an Erregern wird toleriert. Sie zeigt Krankheitssymptome aber nicht so stark wie eine Pflanze/Art/Sorte ohne jegliche Resistenz. Derartige Resistenzen haben meist ihre Ursache in vielen Genen, sie sind oligo- oder polygen begründet. Wer auf diese Weise Resistenzen zusammenbaut und züchtet, erzeugt Sorten, die lange gegen eine Erregerklasse teilweise resistent sind. Die Einbußen durch die geringfügigen Krankheitsschäden werden meist durch die Vorteile einer Breitbandresistenz aufgewogen.

Eine vertikale Resistenz folgt dem sogenannten “Zickzackmodel”, bzw. der Gen-für-Gen-Hypothese. Das ist ein regelrechtes “Wettrüsten” der Pflanze gegen den Erreger.

Dabei besitzt der Erreger ein Gen, das codiert, wie das Pathogen seine Wirtspflanze angreift. Solche Gene nennt man Avirulenzgene.
Ist eine Pflanze voll anfällig, verfügt sie über keinerlei Rüstzeug gegen die Produkte des jeweiligen Avirulenzgens.
Eine resistente Pflanze dagegen besitzt ein Resistenzgen, welches das jeweilige Genprodukt des Avirulenzgens erkennen kann. Ist solch eine Erkennung erfolgt, kommt es meist zu einer Hypersensitiven Reaktion (siehe Exkurs) – bei horizontalen Resistenzen ist das aber nie der Fall!
Irgendwann kriegt der Erreger spitz, dass er bei einer Pflanze nichts mehr ausrichten kann – er muss sich etwas Neues überlegen.
In der Realität läuft das eher so ab, dass sich durch evolutive Prozesse nur der Erreger behaupten kann, der weiterhin oder wieder pathogen ist. Also passiert irgendwann ab dem Zeitpunkt, wo die Pflanze resistent geworden ist, eine Mutation im Genom des Erregers. Das Avirulenzgen wird verändert oder ein neues wird geschaffen.
Die Pflanze kennt dieses neue Avirulenzgen dann noch nicht und ist wieder anfällig. Dann überlebt wieder nur die Pflanze, die durch eine Mutation ihrerseits gegen das neue Avirulenzgen Resistenzgene gebildet hat uswusf!

Exkurs ins Pflanzen-Immunsystem:

Während der oben erwähnten Hypersensitiven Reaktion werden Abwehrenzyme gebildet, die Moleküle abbauen, aus welchen der Erreger besteht, z.B. bei Pilzen Chitin-auflösende Enzyme (Chitinasen). Weitere Enzyme bilden Moleküle aus der Klasse der Phytoalexine, die antimikrobiell und/oder antioxidativ wirken. Wieder andere Proteine und Moleküle werden in umliegende Zellen und Gewebe transportiert, um die Information “Erreger in Sicht!” zu verbreiten. Außerdem werden die Zellwände verstärkt.
In der Folge stirbt die infizierte Zelle und ein Bereich um sie herum ab, u.a. weil dann reaktive Sauerstoffspezies – bekannter unter dem Namen “freie Radikale” – und Ethylen (das Gas, was unreifes Obst nachreifen lässt) gebildet werden. Beide Substanzen fördern Seneszenz und Zelltod.

Ergebnis der Hypersensitiven Reaktion ist dann ein hässlicher Fleck auf dem Blatt – aber das ist immer noch besser als eine von Pilzgeflecht überzogene, matschige Pflanze!

Wie kann man Resistenz messen?

Zum einen kann man Resistenz schon auf genetischer Ebene detektieren mithilfe von Markern.

Dann kann man z.B. Pflanzengewebe unter abgeschlossene Atmosphären bringen und die Änderungen der Gaskonzentration messen. Dabei spielt Ethylen eine wichtige Rolle, das ja bei der hypersensitiven Reaktion freigesetzt wird.

Mit der ELISA-Methode können über Antigen-Antikörper-Reaktionen das Vorhandensein eines Erregers in der Pflanze nachgewiesen werden.

Sobald man ganze Organe, dann ganze Pflanzen und irgendwann ganze Felder nach Resistenz untersucht, wird meist optisch gemessen, wie stark der Befall ist und von welcher Art die Infektion ist.
Das macht man meist noch immer manuell, es gibt aber auch schon automatische Messsysteme.

Quellen: Wikipedia, http://www.jki.bund.de/, Miedaner: Resistenzgenetik und Resistenzzüchtung

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