Pro-Planta

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Pflanzenschutz mit antimikrobiellen Peptiden und Gallaten

Citrus Canker IngentaConnect Blattläsionen bei Citruspflanzen durch Xanthomonas citri (Zitruskrebs)

Die Hauptursache von Ernteverlusten (ca. 500 Milliarden US$) in der Landwirtschaft sind Insektenbefall und mikrobielle Pathogene. In dem vorliegenden Pro-Planta Projekt werden zwei Technologieplattformen zum Schutz von Zitruspflanzen gegen Zitrus-Krebs (citrus canker) entwickelt und evaluiert, welche den Einsatz von Pestiziden für eine nachhaltige Landwirtschaft drastisch reduzieren bzw. ersetzen werden.

Alle wichtigen Zitruspflanzenarten sind vom Zitrus-Krebs betroffen und es wird prognostiziert, dass eine Milliarde $ für die Kontrolle und Eindämmung der Krankheit ausgegeben werden müssen. Zitrus-Krebs wird durch das Bakterium Xanthomonas citri subsp. citri (Xac) und X. fuscans subsp. aurantifolli ausgelöst. Xac ist für die asiatische und schwerere Form der Krankheit verantwortlich, welche zu Entlaubung, Chlorophyllabbau und vorzeitigem Fruchtfall führen kann, was zu einer starken Ertrags- und Qualitätsminderung führt. Xac dringt über natürliche Pflanzenöffnungen (Stomata der Blätter) und Wunden in die Pflanzen ein und infiziert diese. Xac ist ein besonders großes Problem in Brasilien, dem weltweit führenden Orangenproduzenten (zu 75 % aus dem Staat São Paulo; landesweit > 2 Milliarden $ Exporteinnahmen). Seit 2009 müssen Erzeuger infizierte Bäume in den Anbaugebieten zu beseitigen und in einem Umkreis von 30 Metern Kupfer-Formulierungen zu versprühen. Trotzdem besteht ein reales Risiko dass der Zitrus-Krebs in São Paulo endemisch wird, wie es bereits in südlichen Teilen Brasiliens der Fall ist. In den nächsten 10 Jahren kostet die Zitrus-Krebs Ausrottung geschätzt eine Milliarde $ und ist somit weltweit das größte Programm zur Ausrottung von Pflanzenkrankheiten.

Der ständige Gebrauch von Kupfer im Pflanzenschutz hinterlässt Rückstände in Obst und Boden mit unbekannten Risiken für Mensch und Umwelt und führt zur Ausbildung und Verbreitung von kupferresistenten Bakterienstämmen mit unvorhersehbaren Auswirkungen auf die Landwirtschaft.

Das Pro-Planta Projektteam hat zum Ziel, zwei generell anwendbare Technologieplattformen für den Pflanzenschutz zu entwickeln und zu validieren, welche den Einsatz von Bakteriziden/Kupfer signifikant reduzieren werden. Plattform (a) besteht aus bifunktionalen Fusionsproteinen mit einer antimikrobiellen und einer Blattverankernden Einheit (Ankerpeptid) und Plattform (b) basiert auf Gallat (Pestizide) beladenen Mikrogel-Containern, welche mittels Ankerpeptide an die Blattoberflächen gebunden werden und die Gallate langsam und nach Bedarf freisetzen. Die bifunktionalen Fusionsproteine bestehen aus einem Blatt-bindenden Ankerpeptid und einem antimikrobiellen Peptid für den Pflanzenschutz und besitzen eine einstellbare Bioabbaubarkeit, was einen nachhaltigen Pflanzenschutz sicherstellt. Ziel der Mikrogel-Plattform ist eine kontrollierte Freisetzung der Pflanzenschutzmittel (Gallate: Ester der Gallussäure) auf der Blattoberfläche durch Gallat-beladene Container (Mikrogele), welche mittels Ankerpeptiden auf der Blattoberfläche immobilisiert werden. Gallussäure ist Bestandteil des Sekundärmetabolismus von Pflanzen und kommt entweder in freier Form oder als Teil des hydrolysierbaren Tannins vor. Aus diesen Gründen ist es wahrscheinlich, dass sich Gallate in geringeren Menge in der Umwelt anreichern, als dies für andere bioaktive Agenzien des Pflanzenschutzes der Fall ist. Mikrogel-Container werden mit einstellbaren Freisetzungskinetiken der antimikrobiellen Verbindungen hergestellt und maßgeschneiderte Ankerpeptide werden eine feste Anbindung und Regenbeständigkeit der beladenen Mikrogele sicherstellen.

Ein der Nachfrage entsprechender, regenunabhängige und langlebige Freisetzung der Pflanzenschutzmittel (z.B. Gallate) werden den Pestizideinsatz reduzieren und zu einer Nachhaltigen und integrierten Bioökonomie beitragen in welcher Disziplingrenzen überbrückt werden.