In Zeiten des Klimawandels wird die Pflanzengesundheit durch kombinierten Stress durch abiotischen, klimawandelbedingten Faktoren und biotischem Faktoren durch Schädlinge und Krankheitserreger beeinträchtigt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen abiotischer, klimawandelbedingte Stressfaktoren, wie z. B. erhöhtem atmosphärischen CO2-Gehalt (eCO2) und Trockenstress, auf die Interaktion zwischen Weinreben, Blattrollviren (GLRaV), und virusübertragenden Schmierläusen zu untersuchen. GLRaV, insbesondere GLRaV-3, verändert die CO2-Assimilation, die Wassernutzungseffizienz sowie die primären und sekundären Stoffwechselprodukte der Pflanze, was letzendlich zu Ertragsminderungen, verzögerter Fruchtreife und schlechter Traubenqualität führt. Das Virus wird durch infiziertes Vermehrungsmaterial und phloemsaugende Insekten, wie z. B. Schmierläuse, verbreitet. Es ist bekannt, dass eCO2- und Wasserstress einen erheblichen Einfluss auf die Pflanzenphysiologie und die Schädlingsbekämpfung haben kann. Außerdem weiß man, dass Pflanzenviren biotischen Stress für die Pflanzen verursachen und das Verhalten der Virusvektoren verändern können. Gleichzeitig werden Viren von denselben klimawandelbedingten abiotischen Stressfaktoren beeinflusst, wie die anderen Mitglieder des Ökosystems. Es gibt nur sehr wenige Studien über die Auswirkungen des Klimawandels auf Virusinfektionen auf Weinreben und keine einzige über die Auswirkungen auf Schmierläuse als Virusvektoren. Schlussfolgerungen aus anderen Pathosystemen zu ziehen, gestaltet sich schwierig, da die Auswirkungen von abiotischem, klimawandelbedingtem Stress oft artspezifisch sind. Bisher hat sich die Forschung vor allem mit den Wechselwirkungen einzelner Klimawandelparameter mit Pflanzen, Insekten oder Krankheitserregern befasst. Um die Wechselwirkungen zwischen mehreren Stressoren und die komplexen Beziehungen zwischen Pflanzen, Krankheitserregern und Vektoren zu verstehen, sind breitere Forschungsansätze nötig. Nur so können wirksame Anpassungsstrategien entwickelt werden um Pflanzen in der Zukunft gesund und produktiv zu halten. Im Rahmen des Projekts werden eine Reihe von Experimenten durchgeführt, bei denen Weinreben zwei Klimawandelparametern (Wasserstress + CO2) in Kombination mit biotischem Stress durch eine GLRaV-3-Infektion ausgesetzt werden. Untersucht werden die Mechanismen (Genexpression) und die Auswirkungen auf die Pflanzen (Aminosäuren, Phenole, C/N, Zucker, Chlorophyll) und den Insektenvektor (Fressverhalten, Fitness), zusätzlich zu klassischen Übertragungsexperimenten mit GLRaV. Die Forderung nach multifaktoriellen Stress-Experimenten wird seit Jahrzehnten erhoben. Diese Experimente sind ehrgeizig und komplex, aber sie sind der notwendige nächste Schritt, um Erkenntnisse über die zukünftige Entwicklung der Blattrollkrankheit zu gewinnen.
Die Menschheit steht vor der enormen Herausforderung, die landwirtschaftliche Produktivität für eine schnell wachsende Bevölkerung zu steigern und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck auf unsere Ökosysteme zu verringern. Der Einsatz organischer Düngemittel zur Steigerung der Pflanzenproduktivität führt jedoch dazu, dass aufgrund des massiven Verbrauchs in der Viehzucht große Mengen an Antibiotika in landwirtschaftliche Böden gelangen. Trotz intensiver Forschung über den biologischen Abbau und die Auswirkungen von Antibiotika auf bakterielle Gemeinschaften in Boden-Pflanze-Systemen gibt es noch immer spezifische Wissenslücken, die geschlossen werden müssen, um die ökologischen Risiken von Antibiotika besser einschätzen zu können. ANTIRESIST verfolgt zwei Ziele: Erstens, verallgemeinerbare Ergebnisse aus bestehenden, weltweit verteilten Studien zu erhalten, und zweitens, die bisherigen Herausforderungen im Forschungsfeld durch sensitive und hochauflösende Messungen auf Einzelzellebene zu überwinden. Um diese Ziele zu erreichen, schlage ich vor: 1) Meta-Analysen durchzuführen, die eine quantitative Synthese des vorhandenen Wissens liefern und die Identifizierung von Faktoren ermöglichen, die die Auswirkungen von Antibiotika auf die bakterielle Vielfalt und die Prävalenz von Antibiotikaresistenzen in Boden-Pflanzen-Systemen modulieren; 2) ein auf der Stoffwechselaktivität einzelner Zellen basierenden Ansatz mit phylogenetischer Identifizierung zu kombinieren, um die Biotransformation eines Modellantibiotikums und dessen Auswirkungen auf die Aktivität von Boden- und Pflanzenmikrobiomen besser aufgelöst betrachten zu können; und 3) ein kontrolliertes Gewächshausexperiment durchzuführen, um die bisher völlig unbekannten Auswirkungen des Antibiotikums auf die vom Pflanzenmikrobiom vermittelte Immunität gegen einen parasitären Fadenwurm zu untersuchen sowie bakterielle Schlüsselakteure zu identifizieren. Durch die Wiederverwendung vorhandenen Wissens, die Berücksichtigung von Heterogenitäten in der Verteilung und Aktivität der Bakteriengemeinschaften und die Untersuchung von Kaskadeneffekten auf die Pflanzengesundheit schafft ANTIRESIST die Grundlage für die Entwicklung neuer Hypothesen und kann zur Risikobewertung von Antibiotikarückständen in Agrarökosystemen beitragen.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens:
Agroforstsysteme haben zahlreiche positive Effekte auf die Ökologie, Ökonomie und Soziales. Sie ermöglichen die nachhaltige Erzeugung von Lebensmitteln bei gleichzeitiger Erhaltung von Agrar-Ökosystemen und fördern die Extensivierung der Agrarlandschaft. Eine Ausweitung der Agroforstwirtschaft gilt als Treiber für die Nachhaltigkeitstransformation in der Landwirtschaft.
Aufgrund der verstärkt auftretenden klimatischen Extrembedingungen, wie Dürre- und Hitzeereignisse mit Temperaturen bis zu 40 °C (2022), ist die Etablierung von Gehölzen auf landwirtschaftlichen Flächen jedoch zunehmend herausfordernd. Viele Agroforst-Neuanlagen weisen hohe Ausfallraten und ein mäßiges Gehölzwachstum auf. Die notwendigen Nachpflanzungen und Pflegemaßnahmen sind arbeits- und kostenintensiv und stellen für landwirtschaftliche Betriebe eine Herausforderung neben dem ‘Tagesgeschäft‘ dar. Es besteht die Gefahr, dass klimatische Extremsituationen die Etablierung von Agrarholz so stark beeinträchtigen, dass Agroforstsysteme ihr Anpassungs- und Abmilderungspotenzial an die Klimakrise nicht entfalten können.
Im Rahmen des dreijährigen Forschungsprojekts ‘Klimarobuste Agrargehölze für Agroforstsysteme in dürregefährdeten Regionen‘ wird deshalb untersucht, wie die erfolgreiche Etablierung von Gehölzen in Agroforstsystemen unter zunehmenden klimatischen Extrembedingungen gelingen kann. Ziel des Projekts ist es, die bestehenden Wissenslücken zu klimarobusten Baumarten/Sorten und praktikablen Pflanzqualitäten durch Feldexperimente zu schließen. Die Untersuchungen sollen dazu beitragen, Erkenntnisse zur erfolgreichen Etablierung von Gehölzbeständen mit dauerhafter Pflanzengesundheit und regelmäßigen Zuwächsen zu gewinnen, und dadurch Nachpflanzungen in Agroforstsystemen zu minimieren. Die Ergebnisse sollen Expert*innen und Praktiker*innen in der Landbewirtschaftung zugänglich gemacht werden und so in Zukunft eine ‘risikominimierte‘, erfolgreiche Etablierung von Agroforstsystemen ermöglichen.