Diese Studie belegt, dass der aus Reiswurzeln isolierte Rhizosphären-Symbiosenpilz Kosakonia oryziphila NP19 ein vielversprechendes pflanzenwachstumsförderndes Biopestizid und Biopestizid zur Bekämpfung der durch Pyricularia oryzae verursachten Reisbräune darstellt. In-vitro-Experimente wurden mit frischen Blättern von Jasminreis-Sämlingen der Sorte Khao Dawk Mali 105 (KDML105) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass NP19 die Keimung von Pyricularia-oryzae-Konidien wirksam hemmte. Die Infektion mit Pyricularia oryzae wurde unter drei verschiedenen Behandlungsbedingungen gehemmt: Erstens wurde der Reis mit NP19 kolonisiert und mit Pyricularia-oryzae-Konidien inokuliert; zweitens wurde eine Mischung aus NP19 und Pyricularia-oryzae-Konidien auf die Blätter aufgetragen;
Das Rhizosphärenbakterium *Kosakonia oryziphila* NP1914wurde aus Reiswurzeln (*Oryza sativa* L. cv. RD6) isoliert. *Kosakonia oryziphila* NP19 besitzt pflanzenwachstumsfördernde Eigenschaften, darunter Stickstofffixierung, Indolessigsäure-(IAA)-Produktion und Phosphatfreisetzung. Interessanterweise produziert *Kosakonia oryziphila* NP19 Chitinase.14.Die Anwendung von Kosakonia oryziphila NP19 auf KDML105-Reissaatgut verbesserte das Überleben der Reispflanzen nach einer Infektion mit Reisbrand. Ziel dieser Studie ist es, (i) den Hemmmechanismus von Kosakonia oryziphila NP19 gegen Reisbrand aufzuklären und (ii) die Wirkung von Kosakonia oryziphila NP19 bei der Bekämpfung von Reisbrand zu untersuchen.
Nährstoffe spielen eine entscheidende Rolle für Wachstum und Entwicklung von Pflanzen und wirken als Kontrollfaktoren für verschiedene mikrobielle Krankheiten. Die Mineralstoffversorgung einer Pflanze bestimmt ihre Krankheitsresistenz, morphologischen und geweblichen Merkmale sowie ihre Virulenz, also ihre Fähigkeit, gegenüber Krankheitserregern zu überleben. Phosphor kann die Entwicklung und den Schweregrad der Reisbräune durch die Steigerung der Synthese phenolischer Verbindungen verlangsamen. Kalium reduziert im Allgemeinen das Auftreten vieler Reiskrankheiten wie Reisbräune, Bakterienfleckenkrankheit, Blattscheidenfleckenkrankheit, Stängel- und Blattfleckenkrankheit. Eine Studie von Perrenoud zeigte, dass kaliumreiche Düngemittel auch das Auftreten von Pilzkrankheiten bei Reis verringern und den Ertrag steigern können. Zahlreiche Studien belegen, dass Schwefeldünger die Resistenz von Nutzpflanzen gegenüber Pilzpathogenen verbessern können.27Ein Überschuss an Magnesium (einem Bestandteil des Chlorophylls) kann zur Reisbräune führen.21Zink kann Krankheitserreger direkt abtöten und dadurch den Schweregrad der Krankheit verringern.22Feldversuche zeigten, dass sich die Reisbräune trotz höherer Konzentrationen von Phosphor, Kalium, Schwefel und Zink im Feldboden im Vergleich zum Topfversuch dennoch über die Reisblätter ausbreitete. Bodennährstoffe scheinen bei der Bekämpfung der Reisbräune nur bedingt wirksam zu sein, da relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur für einen starken Befall mit dem Erreger ungünstig sind.
In Feldversuchen wurden Stenotrophomonas maltophilia, P. dispersa, Xanthomonas sacchari, Burkholderia multivorans, Burkholderia diffusa, Burkholderia vietnamiensis und C. gleum in allen Behandlungen nachgewiesen. Stenotrophomonas maltophilia wurde aus der Rhizosphäre von Weizen, Hafer, Gurke, Mais und Kartoffel isoliert und zeigte biologische Bekämpfungswirkung.Aktivitätgegen Colletotrichum nymphaeae.28 Darüber hinaus wurde berichtet, dass P. dispersa gegen schwarzeFäulnisSüßkartoffel.29 Darüber hinaus zeigte der Stamm R1 von Xanthomonas sacchari antagonistische Aktivität gegen Reisbrand und Rispenfäule, die durch Burkholderia verursacht werden.glumae.30Burkholderia oryzae NP19 kann während der Keimung eine Symbiose mit Reisgewebe eingehen und für einige Reissorten zu einem endemischen Symbionten werden. Während andere Bodenbakterien Reis nach der Transplantation besiedeln können, beeinflusst der Reisbrandpilz NP19 nach der Besiedlung mehrere Faktoren des Abwehrmechanismus des Reises gegen diese Krankheit. NP19 hemmt nicht nur das Wachstum von P. oryzae um mehr als 50 % (siehe Ergänzungstabelle S1 im Online-Anhang), sondern reduziert auch die Anzahl der Reisbrandflecken an den Blättern und erhöht den Ertrag von mit NP19 inokuliertem oder besiedeltem Reis (RBf, RFf-B und RBFf-B) in Feldversuchen (Abbildung S3).
Der Pilz Pyricularia oryzae, der die Pflanzenbrandkrankheit verursacht, ist ein hemittropher Pilz, der während der Infektion Nährstoffe von der Wirtspflanze benötigt. Pflanzen produzieren reaktive Sauerstoffspezies (ROS), um die Pilzinfektion zu unterdrücken; Pyricularia oryzae nutzt jedoch verschiedene Strategien, um den von der Wirtspflanze produzierten ROS entgegenzuwirken.31Peroxidasen scheinen eine Rolle bei der Pathogenresistenz zu spielen, einschließlich der Vernetzung von Zellwandproteinen, der Verdickung von Xylemwänden, der ROS-Produktion und der Neutralisierung von Wasserstoffperoxid.32Antioxidative Enzyme können als spezifisches ROS-Abfangsystem dienen. Durch ihre antioxidativen Eigenschaften tragen Superoxiddismutase (SOD) und Peroxidase (POD) zur Einleitung von Abwehrreaktionen bei, wobei SOD die erste Verteidigungslinie darstellt.33Bei Reis wird die pflanzliche Peroxidaseaktivität nach Infektion mit Pflanzenpathogenen wie *Pyricularia oryzae* und *Xanthomonas oryzae pv. Oryzae* induziert.32In dieser Studie stieg die Peroxidaseaktivität in Reispflanzen, die mit *Magnaporthe oryzae* NP19 kolonisiert und/oder inokuliert wurden; *Magnaporthe oryzae* selbst hatte jedoch keinen Einfluss auf die Peroxidaseaktivität. Superoxiddismutase (SOD) katalysiert als H₂O₂-Synthase die Reduktion von O₂⁻ zu H₂O₂. SOD spielt eine entscheidende Rolle für die Stressresistenz von Pflanzen, indem sie die H₂O₂-Konzentration in der Pflanze reguliert und so deren Toleranz gegenüber verschiedenen Stressfaktoren erhöht³⁴. Im Topfversuch dieser Studie waren die SOD-Aktivitäten in den Gruppen RF und RBF 30 Tage nach der Inokulation mit *Magnaporthe oryzae* (30 DAT) um 121,9 % bzw. 104,5 % höher als in der Kontrollgruppe R. Dies deutet auf eine SOD-Reaktion auf die Infektion mit *Magnaporthe oryzae* hin. Sowohl in Topf- als auch in Feldversuchen war die SOD-Aktivität in mit *Magnaporthe oryzae* NP19 inokuliertem Reis 30 Tage nach der Inokulation um 67,7 % bzw. 28,8 % höher als in nicht inokuliertem Reis. Biochemische Reaktionen von Pflanzen werden durch Umweltfaktoren, Stressquellen und Pflanzenarten beeinflusst³⁵. Die Aktivität pflanzlicher antioxidativer Enzyme wird direkt von Umweltfaktoren beeinflusst, welche wiederum die Aktivität pflanzlicher antioxidativer Enzyme durch Veränderung der mikrobiellen Gemeinschaft der Pflanze beeinflussen.
Der in dieser Studie verwendete Reisbrandpilz (Kosakonia oryziphila NP19, NCBI-Zugangsnummer PP861312) war der Stamm13Isoliert aus den Wurzeln der Reissorte RD6 in der Provinz Nakhon Phanom, Thailand (16° 59′ 42,9″ N 104° 22′ 17,9″ O). Dieser Stamm wurde 18 h lang in Nährbouillon (NB) bei 30 °C und 150 U/min kultiviert. Zur Bestimmung der Bakterienkonzentration wurde die Absorption der Bakteriensuspension bei 600 nm gemessen. Die Konzentration der Bakteriensuspension wurde entsprechend angepasst.10⁶KBE/ml mit sterilem deionisiertem Wasser (dH₂ODer Reisbrandpilz (Pyricularia oryzae) wurde punktuell auf Kartoffel-Dextrose-Agar (PDA) beimpft und 7 Tage bei 25 °C inkubiert. Das Pilzmyzel wurde auf Reiskleie-Agar (2 % (w/v) Reiskleie, 0,5 % (w/v) Saccharose und 2 % (w/v) Agar in deionisiertem Wasser, pH 7) übertragen und erneut 7 Tage bei 25 °C inkubiert. Ein sterilisiertes Blatt einer anfälligen Reissorte (KDML105) wurde auf das Myzel gelegt, um die Konidienbildung anzuregen, und 5 Tage bei 25 °C unter kombiniertem UV- und Weißlicht inkubiert. Die Konidien wurden durch vorsichtiges Abwischen des Myzels und der infizierten Blattoberfläche mit 10 ml steriler 0,025 % (v/v) Tween-20-Lösung gewonnen. Die Pilzlösung wurde durch acht Lagen Gaze filtriert, um Myzel, Agar und Reisblätter zu entfernen. Die Konidienkonzentration in der Suspension wurde für die weitere Analyse auf 5 × 10⁵ Konidien/ml eingestellt.
Frische Kulturen von Kosakonia oryziphila NP19-Zellen wurden durch Kultivierung in NB-Medium bei 37 °C für 24 h hergestellt. Nach Zentrifugation (3047 × g, 10 min) wurde das Zellpellet gesammelt, zweimal mit 10 mM Phosphat-gepufferter Salzlösung (PBS, pH 7,2) gewaschen und in demselben Puffer resuspendiert. Die optische Dichte der Zellsuspension wurde bei 600 nm gemessen und ein Wert von ca. 1,0 erhalten (entsprechend 1,0 × 10⁷ KBE/µl, bestimmt durch Ausplattieren auf Nähragarplatten). Konidien von P. oryzae wurden durch Suspendieren in PBS-Lösung und Zählen mit einer Zählkammer gewonnen. Suspensionen von *K. oryziphila* NP19 und *P. Für die Blattabstrichversuche wurden Konidien von K. oryziphila* auf frischen Reisblättern in Konzentrationen von 1,0 × 10⁷ KBE/µL bzw. 5,0 × 10² Konidien/µL hergestellt. Die Reisproben wurden wie folgt vorbereitet: 5 cm lange Blätter von Reissämlingen wurden abgeschnitten und in mit angefeuchtetem saugfähigem Papier ausgelegte Petrischalen gelegt. Es wurden fünf Behandlungsgruppen eingerichtet: (i) R: Reisblätter ohne Bakterienbeimpfung als Kontrolle, ergänzt mit 0,025 % (v/v) Tween-20-Lösung; (ii) RB + F: Reis, beimpft mit K. oryziphila NP19, ergänzt mit 2 µL einer Konidiensuspension des Reisbrandpilzes; (iii) R + BF: Reis der Gruppe R wurde mit 4 μl einer Mischung aus Konidiensuspension des Reispilzes und K. oryziphila NP19 (Volumenverhältnis 1:1) versetzt; (iv) R + F: Reis der Gruppe R wurde mit 2 μl Konidiensuspension des Reispilzes versetzt; (v) RF + B: Reis der Gruppe R wurde mit 2 μl Konidiensuspension des Reispilzes versetzt und 30 h inkubiert. Anschließend wurden 2 μl K. oryziphila NP19 hinzugegeben. Alle Petrischalen wurden 30 h bei 25 °C im Dunkeln inkubiert und anschließend unter Dauerlicht gestellt. Jede Gruppe wurde dreifach angelegt. Nach 72 h Kultivierung wurden die Pflanzengewebe mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) untersucht und analysiert. Pflanzengewebe wurden zunächst in Phosphatpuffer mit 2,5 % (v/v) Glutaraldehyd fixiert und anschließend über eine aufsteigende Ethanolreihe entwässert. Nach der Kritischpunkt-Trocknung mit Kohlendioxid wurden die Proben mit Gold bedampft und abschließend mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht.15
Veröffentlichungsdatum: 15. Dezember 2025