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Dr. Dominik Großkinsky erhält den Wilhelm Pfeffer-Preis der Deutschen Botanischen Gesellschaft für die Entdeckung, dass das Hormon Cytokinin die Abwehrkraft von Pflanzen steigert. Unter dem Einfluss von körpereigenen Cytokininen bildeten die Pflanzen sog. Phytoalexine, steigerten ihre Abwehrkraft also mit körpereigenen Antibiotika und überwanden eine Infektion mit dem Bakterium Pseudomonas syringae. Erstaunlicher Weise wirkte Cytokinin aber auch, wenn es von anderen Bakterien abgegeben wurde und gar nicht von der Pflanze selbst stammte. Das eröffnet neue Wege in der Resistenzforschung und in der biologischen Kontrolle des Erregers Pseudomonas syringae. Dieses Bakterium führt bei Nutzpflanzen wie Äpfeln, Kartoffeln oder Tomaten zu Ernteeinbußen und ist nur schwer zu bekämpfen. Großkinsky wird den mit 2.500 Euro dotierten Preis während der diesjährigen Botanikertagung am 30. September vom Präsident der Wilhelm-Pfeffer-Stiftung, Prof. Dr. Christian Wilhelm, entgegen nehmen.

Blattflecken und Bakterienbrand auf Nutzpflanzen

Das Bakterium Pseudomonas syringae befällt zahlreiche Pflanzen und richtet Schäden an, die etwa bei Rosskastanien als blutender Krebs oder auf Flieder als Fliederseuche bezeichnet werden. Viele Nutzpflanzen stehen ebenfalls auf der Speisekarte des stäbchenförmigen Bakteriums wie etwa Zuckerrüben, Gerste, Kartoffeln, Äpfel, Tabak und Tomaten, wo es Blattflecken, Welke, Bakterienbrände oder Gallen auslöst. Bei feuchter Witterung führt das zu massiven Ernteausfällen. Ein Eindämmen des Schädlings ist schwer, weil der Erreger so klein ist und Trockenphasen gut in Knospen, Rindenrissen oder im Boden überdauert. Eine Behandlung mit Antibiotika - wie aus der Medizin bekannt - ist im Obstanbau verboten. Daher hoffen Züchter auf neue Erkenntnisse aus der Resistenzforschung.

Neuer Mechanismus mit Altbekanntem

Bislang war das pflanzliche Hormon Cytokinin vor allem als Wachstumshormon bekannt, das außerdem Alterungsprozesse verlangsamt. In seiner Doktorarbeit untersuchte Großkinsky ob das Pflanzenhormon Cytokinin auch die Infektion mit Pseudomonas syringae mildern kann. Wie er in seinen Versuchen an der deutschen Universität Würzburg sowie an der österreichischen Karl-Franzens-Universität Graz herausfand, wirkte Cytokinin dabei sowohl wenn die Tabak-Pflanzen es selbst vermehrt herstellten als auch wenn sie es von außen erhielten: Die Symptome der Krankheit fielen geringer aus und die Pflanzen wuchsen besser. Wie der 32jährige zeigte, steigert die Pflanze tatsächlich ihre Abwehrkräfte unter dem Einfluss von Cytokinin, denn sie begannen körpereigene Antibiotika herzustellen. Diese als Phytoalexine bezeichneten Substanzen hemmen Ausbreitung, Wachstum und Vermehrung von eingedrungenen Bakterien. Gleichzeitig drosselten unter Cytokinin-Einfluss stehende Pflanzen die Menge des Hormons Abscisinsäure, das sonst Samen und Knospen in Ruhestellung hält und von Pflanzen produziert wird, die Stressoren ausgesetzt sind. Mit einer geringeren Produktion von Abscisinsäure kurbelten diese Pflanzen also ihren Stoffaufbau an.

Bakterium hilft der Pflanze gegen infektiöse Bakterien

Großkinsky stellte sich anschließend die Frage, ob etwa der schon länger bekannte positive Effekt, den manche Mikroben auf mit Pseudomonas syringae befallene Nutzpflanzen haben, ebenfalls auf die Einwirkung des Phytohormons Cytokinin zurückzuführen ist. Daher blockierte er die Cytokinin-Erkennung in befallenen Arabidopsis-Pflanzen, die sonst vom Schutz durch den Bakterienstamm Pseudomonas fluorescens G20-18 profitieren: Die Infektionen verliefen dann beinahe so heftig, als ob das schützende Bakterium gar nicht vorhanden war. Weitere molekularbiologische und physiologische Versuche belegten anschließend, dass der positive Einfluss des Bakteriums tatsächlich über Cytokinine vermittelt wird. Damit hat Großkinsky erstmals bewiesen, dass Cytokinin auch dann die Abwehrkräfte der Pflanzen steigern kann, wenn das Hormon von außen durch Bakterien geliefert wird, wie in seinem Versuch vom Bakterienstamm Pseudomonas fluorescens G20-18.

Resistenzforschung und biologischer Pflanzenschutz

Diese Entdeckung eröffnet neue Wege in der Resistenzforschung und im Pflanzenschutz. Zum einen kann der Cytokinin-Effekt der Resistenzforschung neue Impulse verleihen, um Pflanzen mit gestärkter Abwehr zu entwickeln, sei es mit klassischen Zuchtmethoden oder über eine veränderte Cytokinin-Menge. Zum anderen kann die Entdeckung, dass auch ein von Bakterien abgegebenes Cytokinin die Resistenz der Pflanzen verbessert, in Zukunft zur biologischen Kontrolle des Schädlings Pseudomonas syringae eingesetzt werden.

Großkinsky wird den mit 2.500 Euro dotierten Wilhelm Pfeffer-Preis am 30. September während der Botanikertagung in Tübingen entgegen nehmen. Der Präsident der Wilhelm Pfeffer-Stiftung, Prof. Dr. Christian Wilhelm, wird den Preis überreichen und lobt: „Der Preisträger kombinierte geschickt diverse Techniken und Verfahren, um den neuen Resistenzmechanismus mittels Cytokininen aufzuklären. In seiner Doktorarbeit setzte er ein großes Repertoire von physiologischen, biochemischen, mikrobiologischen, instrumentell-analytischen und molekularbiologischen Techniken ein, sowohl bei Tabak- wie Arabidopsis-Pflanzen als auch bei Bakterien. Für diese Vielfalt und seine Entdeckung zeichnen wir Dominik Großkinsky mit dem Wilhelm Pfeffer-Preis 2013 aus.“

Publikationen

Die Doktorarbeit von Dominik Großkinsky trägt den Titel „Characterisation of Cytokinin mediated Resistance and Biocontrol Effects against Pseudomonas syringae in Arabidopsis and Tobacco” und ist an der Uni Graz hinterlegt.

Ein Teil der Ergebnisse ist auch in den folgenden drei Arbeiten publiziert:

Großkinsky, D. et al (2011): Cytokinins mediate resistance against Pseudomonas syringae in tobacco through increased antimicrobial phytoalexin synthesis independent of salicylic acid signaling. Plant Physiology 157: 815-830; doi: 10.1104/pp.111.182931

Großkinsky D. et al (2012): Phytoalexin transgenics in crop protection - fairy tale with a happy end? Plant Science 195: 54-70;  doi: 10.1016/j.plantsci.2012.06.008

Großkinsky D. et al (2013): Cis- and trans-zeatin differentially modulate plant immunity. Plant Signaling & Behavior 8: e24798; doi: 10.4161/psb.24798

Bild

Dr. Dominik Großkinsky von der Karl-Franzens-Universität Graz infiziert Tabakblätter mit dem Erreger Pseudomonas syringae, um die Funktion von Cytokininen auf die pflanzliche Abwehrkraft zu analysieren. Foto: Dr. Eric van der Graaff, Institut für Pflanzenwissenschaften, Karl-Franzens-Universität Graz
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Ansprechpartner für die Medien

Dr. Dominik K. Großkinsky
Institute of Plant Sciences
Molecular Plant Physiology
University of Graz
Schubertstraße 51
8010 Graz
Austria
E-Mail: dominik.grosskinsky[at]uni-graz.at

Prof. Dr. Christian Wilhelm
Präsident der Wilhelm Pfeffer-Stiftung
Institut für Biologie
Abteilung Pflanzenphysiologie
Johannisallee 21-23
D-04103 Leipzig
Tel: ++49-(0)341-9736874
E-Mail: cwilhelm[at]rz.uni-leipzig.de 
Website: www.uni-leipzig.de/~pflaphys

Hintergrund

Seit 1990 verleiht die Deutsche Botanische Gesellschaft e.V. (DBG) den Wilhelm-Pfeffer-Preis für eine herausragende Dissertation aus den Pflanzenwissenschaften. Das Preisgeld stammt aus der Wilhelm-Pfeffer-Stiftung zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses der Gesellschaft (http://www.deutsche-botanische-gesellschaft.de/html/049PfeffStiftung.html). Die DBG ist eine gemeinnützige Organisation für Pflanzenwissenschaftlerinnen und Pflanzenwissenschaftler und fördert die Pflanzenforschung sowie den wissenschaftlichen Austausch ihrer etwa 850 Mitglieder. www.deutsche-botanische-gesellschaft.de

Text: Dr. Esther Schwarz-Weig, Redaktionsbüro WissensWorte, für die Deutsche Botanische Gesellschaft