Sie prägen das Gesicht unserer Mischwälder: die einheimischen Eichenarten Stieleiche (Quercus robur) und Traubeneiche (Quercus petraea). „Deutschlandweit machen sie rund zehn Prozent des Baumbestandes aus – in Rheinland‑Pfalz liegt ihr Anteil sogar bei gut 20 Prozent“, erklärt Professor Matthias Hahn. „Eichen gehören zu den wertvollsten Waldbäumen, sowohl wegen der hohen Qualität des Holzes als auch aufgrund der großen biologischen Vielfalt an Organismen, die an Eichenstandorten leben. Zudem ist die Eiche aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber Trockenheit besser als andere Waldbäume in der Lage, sich dem Klimawandel anzupassen.“
Deswegen ist es Ziel der Waldwirtschaft, den Anteil der Eichen langfristig zu steigern. Dr. Stefan Seegmüller von der Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft (FAWF) in Trippstadt, Kooperationspartner von Matthias Hahn, entwickelt hierzu natürliche Verfahren für kleinflächige Waldverjüngungen, bei denen junge Eichen in einer Lücke im Baumbestand – einem sogenannten Lichtkegel – heranwachsen. Dadurch bekommen sie genug Sonnenenergie für die lebensnotwendige Photosynthese und könnten optimal heranwachsen. Wäre da nicht der Mehltau, der ihren Energiestoffwechsel und damit die Bildung von Nährstoffen auszubremsen vermag.
Das war der Ausgangspunkt für das gemeinsame Forschungsprojekt. Die Forschungsziele: ein Testverfahren für Mehltauempfindlichkeit entwickeln und mögliche Resistenzmechanismen von Eichen gegenüber Mehltau aufspüren. Beobachtungen auf vorab angelegten Verjüngungsflächen hatten gezeigt, dass es immer wieder einzelne befallsfreie oder nur wenig geschädigte Pflanzen gibt. Im Fokus stand der pilzliche Schaderreger Erysiphe alphitoides, der Echte Mehltau – die Art, die hierzulande auf Eichen klar dominiert.
Mehltau vermehrt sich – wie andere Pilze auch – über Sporen. Gelangen diese auf ein Eichenblatt, dauert es bei passenden klimatischen Bedingungen nur wenige Stunden, bis sie auskeimen. Dann dringt der Pilz in die oberste Blattschicht ein und bildet in den lebenden Blattzellen sogenannte Haustorien, mit denen er der Pflanze die Nährstoffe entzieht. Am Myzel oder Pilzgeflecht an der Blattoberfläche entwickeln sich dann die Strukturen für eine neue Generation von Sporen, mit denen sich der Pilz über die Luft ausbreitet. Der Infektionsprozess lässt sich mit bloßem Auge gut nachverfolgen.
Um Unterschiede im Infektionsverhalten des Mehltaus untersuchen zu können, entwickelte der Phytopathologe mit seiner Arbeitsgruppe einen Blatttest, auch Inokulationstest genannt. „Wir haben hierfür abgeschnittene, gesunde junge Blätter mit Mehltausporen versetzt.“ Was so einfach klingt, ist beim Mehltau nicht einfach. Mehltausporen sind im Gegensatz zu den Sporen vieler anderer Pilzarten nicht konservierbar, sondern müssen immer frisch von der lebenden Pflanze entnommen werden. Dafür gibt es nur ein enges Zeitfenster: Dann, wenn es im Frühling junge Eichenblätter gibt, deren zarte Blatthaut oder Epidermis der Mehltau noch gut durchdringen kann.
Um kontinuierliche Tests durchführen zu können, haben die Wissenschaftler auf technische Unterstützung gesetzt: Klimakammern, in denen immer optimale Wachstumsbedingungen für Eichensämlinge und damit auch Infektionsbedingungen herrschten. „Wir haben regelmäßig Sporen von infiziertem Blattmaterial abgewaschen, unter dem Mikroskop ausgezählt und mit Keimungstests auf ihre Vitalität überprüft“, führt Matthias Hahn aus. „Nachweislich vitale Sporen haben wir als Suspension Tropfen für Tropfen auf die Versuchsblätter aufgetragen.“
Dafür konnten sich die Wissenschaftler an einem besonderen genetischen Reservoir bedienen: Stefan Seegmüller hatte in den vergangenen Jahren die Eicheln von Bäumen aus verschiedenen Gegenden gesammelt und damit im Antonihof bei Trippstadt einen Biodiversitätsgarten angelegt.
Die frisch infizierten Blätter wurden in Klimakammern aufbewahrt – bei Luftfeuchtebedingungen, die optimal für die Infektion des Mehltaus sind. Und dann wurde beobachtet und untersucht, was auf mikroskopischer und makroskopischer Ebene auf den Blättern passiert. Der gesamte Infektionsverlauf wurde mit exakten Mengen‑ und Zeitangaben dokumentiert, um die Reproduzierbarkeit bei den notwendigen Wiederholungen sicherzustellen.
Die Inokulationstests wurden mit Pflanzen verschiedener Herkunftsorte durchgeführt: Eichen, die sich bei den Bonituren im Freiland überwiegend als empfindlich gegenüber Mehltau gezeigt hatten (Herkunftsort Heidenkopf, kurz HK), und im Vergleich dazu mit überwiegend teilresistenten Eichen (Herkunftsort Rheingrafenstein, kurz RGS). Als Kontrollgruppe dienten Blätter von Eichenarten, die natürlicherweise resistent sind – das sind Roteiche und Zerreiche.
In drei unabhängigen Experimenten produzierten Mehltaukolonien auf Blättern von HK‑Eichen signifikant mehr Konidien als auf RGS‑Eichenblättern. Sprich: Eichen vom Standort Rheingrafenstein, der ziemlich trocken ist, haben sich am Ende als etwas toleranter erwiesen. Damit wurden die vorab schon bei Bonituren erhobenen Daten bestätigt.
Matthias Hahn blickt jedoch auch kritisch auf die Inokulationstests: „Wir können Mehltauempfindlichkeit jetzt zwar quantitativ abschätzen, und diese Methode ist nun allgemein verfügbar. Der Weg dorthin war jedoch sehr aufwendig und von vielen Herausforderungen geprägt. Wir brauchten Klimakammern, um kontinuierlich Mehltausporen zu erzeugen. Was mich überrascht hat: Wie unterschiedlich Eichenblätter aussehen können. Manche wachsen direkt grün, andere sind zunächst rötlich und häufig deformiert. Das hat zu einer großen Varianz beim Testmaterial geführt. Dass die Natur ihren eigenen Kopf hat, haben wir auch 2024 gemerkt: Wir wollten Blätter aus dem Freilandbestand vom Antonihof nehmen. Dann gab es aber Frost im April, und alle jungen Blätter waren abgestorben. Dadurch haben wir wertvolle Zeit verloren.“
Zusätzlich zu den Blatttests hat der Phytopathologe mit seinen Mitarbeitern auch mittels RNA‑Sequenzierung untersucht, welche Gene bei Eichen bei einer Mehltauinfektion aktiv werden. RNA ist die Abschrift der Erbinformation, die die Anleitung zum Bilden von Proteinen (den grundlegenden Bausteinen von Organismen) enthält. „Wir haben tatsächlich gesehen, dass Gene angeschaltet werden. Aber ob die Aktivierung darauf beruht, dass die Eiche damit beginnt, sich gegen den Befall zu wehren, ist noch nicht geklärt. Fest steht: Wir haben damit interessante Marker gefunden, die künftig eingesetzt werden können, um die Reaktionen von Eichen auf Mehltaubefall zu messen, noch bevor es zu einer sichtbaren Reaktion der Pflanze kommt.“
Beim mikroskopischen Blick in die Infektionsabläufe auf Zellebene haben die Wissenschaftler dagegen keine Anzeichen für Abwehrreaktionen beobachtet. „Man kann mittels Autofluoreszenz Vorgänge wie den Einbau von verhärtenden Substanzen in die Zellwände sichtbar machen. Je mehr leuchtende Punkte, desto besser die Abwehr.“ Bei den einheimischen Eichen waren beim Autofluoreszenz‑Test gar keine Punkte zu sehen, auch wenn sie toleranter gegen Mehltau sind. Anscheinend schafft es der Pilz, die Abwehr der Eichen effektiv zu unterdrücken. Dagegen wird bei Roteiche und Zerreiche, die von Natur aus resistent sind, die Entwicklung des Pilzes schon kurz nach dem Eindringen in die Blattzellen abgebremst, und es kommt nur noch zu einer rudimentären Entwicklung eines Oberflächenmyzels, das keine neuen Sporen mehr produzieren kann.
Der Wald im Klimawandel – für den Phytopathologen ein spannendes und zugleich herausforderndes Thema. „Wir haben zwar im Projekt ein kleines Puzzleteil zum Management von Mehltau an Eichen beigetragen. Generell sind wir jedoch gegenüber dem großen und dynamischen Komplex des Klimawandels noch relativ unvorbereitet. Es handelt sich um eine Herkulesaufgabe, die sehr viel längerfristiger zu denken ist, als es uns in diesem dreijährigen Forschungsvorhaben möglich war.“
Leisen T, Bietz F, Werner J, Wegner A, Schaffrath U, Scheuring D, Willmund F, Mosbach A, Scalliet G, Hahn M (2020): CRISPR/Cas with ribonucleoprotein complexes and transiently selected telomere vectors allows highly efficient marker-free and multiple genome editing in Botrytis cinerea. PLOS Pathogens 16(8)
Rupp S, Plesken C, Rumsey S, Dowling M, Schnabel G, Weber RWS, Hahn M (2017): Botrytis fragariae, a new species causing gray mold on strawberries, shows high frequencies 1 of specific and efflux-based fungicide resistance. Appl. Environ. Microbiol. Vol. 83, No. 9
Hahn M (2014): The rising threat of fungicide resistance in plant pathogenic fungi: Botrytis as a case study. J. Chem. Biol. 28, 133-141
