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Resistenzforschung

Bioregulator mit überraschenden Nebenwirkungen - Medizin für Obstbäume


Wesentliche Hilfsmittel moderner Pflanzenproduktion sind die Bioregulatoren. Diese Substanzen greifen gezielt in den Phytohormonhaushalt ein und steuern so das Wachstum der Pflanzen. Eine unter Beteiligung von Wissenschaftlern des TUM-Wissenschaftszentrums Weihenstephan (WZW) durchgeführte Studie führte zu überraschenden Erkenntnissen über den von der Firma BASF entwickelten Bioregulator Prohexadion-Ca®: Er kann das Sprosswachstum von Obstgehölzen wie Apfel, Birne oder Pfirsich hemmen. Als Folge gelangt mehr Licht in die Baumkronen, so dass bessere Früchte in größerer Zahl heranreifen. Diese »ausgedünnten« Bäume sind für viele Kulturmaßnahmen bis hin zur Ernteleistung von Vorteil.

Als Labors in der ganzen Welt Prohexadion-Ca® hinsichtlich Applikationszeitpunkt und –häufigkeit testeten, zeigte sich eine überraschende Nebenwirkung: Viele der Obstbäume waren weniger von Pilz- und Bakterienkrankheiten befallen. Besonders auffällig war eine offensichtlich indirekte Bekämpfung der gefürchteten Bakteriose Feuerbrand, die in vielen Obstbaugebieten der Welt den Anbau von Äpfeln und Birnen gefährdet. Die sich epidemieartig ausbreitende Krankheit betrifft nicht nur Erwerbsanlagen, sondern auch die als Genreservoir wichtigen alten Streuobstbestände. Prohexadion-Ca® zeigte jedoch keinerlei antibiotische Wirkung, und auch der wuchshemmende Effekt kam nicht als Ursache für die erhöhte Resistenz in Betracht, denn von anderen Wachstumsregulatoren waren derartige Effekte nie berichtet worden.

Um dieses Phänomen aufzuklären, wandte sich die BASF an das Fachgebiet für Obstbau am TUM-Wissenschaftszentrum Weihenstephan (Prof. Dieter Treutter), wo man sich seit langem intensiv mit den nativen Resistenzmechanismen von Apfelbäumen beschäftigt. Dank der dort vorhandenen Expertise ließ sich die Beteiligung des Sekundärstoffwechsels an der induzierten Widerstandsfähigkeit relativ rasch eingrenzen. In einem europäischen Verbundprojekt konnte dann der Mechanismus lückenlos aufgeklärt werden - von den beteiligten Metaboliten über die Enzymologie bis zu den molekularbiologischen Zusammenhängen. Beteiligt an diesen Arbeiten waren auch der Lehrstuhl für Zierpflanzenbau und Gartenbauliche Pflanzenzüchtung (Prof. Gert Forkmann) des WZW sowie Institute der TU Wien und der Universität Bologna.

Diese mehrjährige Zusammenarbeit konnte einen neuartigen Mechanismus der Resistenzinduktion bei Pflanzen aufklären. Ging man bisher davon aus, dass komplexe Signalketten aktiviert werden müssen, um Pflanzen gegen Pathogene widerstandsfähig zu machen, so zeigte sich jetzt, dass auch eine kurzzeitige Inhibierung eines Schlüsselenzyms dazu führen kann, dass neue Metaboliten mit antibakterieller und fungitoxischer Wirkung entstehen. Eigentlich sollte der Bioregulator Prohexadion-Ca ® nur die Biosynthese des Pflanzenhormons Gibberellin blockieren, doch erreicht der Wirkstoff auch ein Enzym des Flavonoidstoffwechsels, das er ebenfalls kompetitiv hemmt. Dadurch wird die normale Biosynthesesequenz der Flavonoide unterbrochen. Konsequenz ist ein Rückstau von Metaboliten auf relativ früher Stufe. Diese unvorhergesehene Akkumulation von Zwischenprodukten kann nun in vielen Obstgehölzen und auch anderen Rosengewächsen eine überraschende Wendung nehmen: Ein in der Biosynthesesequenz später aktives Enzym, die Dihydroflavonol 4-Reduktase (DFR), geht »leer« aus, weil das vorgelagerte Enzym gehemmt wird – die DFR erhält keine Substrate mehr. Deshalb aktiviert sie eine zweite, normalerweise »schlafende« katalytische Eigenschaft und setzt nun die angestauten, in hoher Konzentration vorliegenden Zwischenprodukte um. So entstehen für die Obstgehölze völlig neuartige Substanzen, die 3-Deoxyflavane, die zudem eine besondere Struktur aufweisen. Diese Stoffwechsel-Umleitung und die Bildung und Anreicherung der neuen Metaboliten sind es, die den Apfel- und Birnbäumen eine stärkere Widerstandskraft gegen das Feuerbrandbakterium Erwinia amylovora und den Schorfpilz Venturia inaequalis verleihen. Auch andere Pflanzenarten reagieren mit dieser Art der Resistenzinduktion auf Prohexadion-Ca®, sofern sie über die entsprechenden metabolischen Voraussetzungen verfügen.

Dieter Treutter, Gert Forkmann


Konsequenzen der Enzymblockierung durch den Bioregulator Prohexadion-Ca für den Flavonoidstoffwechsel

Abb.:Konsequenzen der Enzymblockierung durch den Bioregulator Prohexadion-Ca für den Flavonoidstoffwechsel und resultierend für die Krankheitsresistenz von Äpfeln und Birnen

Die Blockierung des Enzyms FHT (untere Reihe) führt zum Stau von Metaboliten (F), wodurch im Enzym DFR eine schlafende katalytische Eigenschaft (FNR) geweckt wird. In der Folge wird eine neuartige Substanzklasse (3-D) gebildet, die aktiv die Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten verbessert.