Unter der Oberfläche

Axel Touw begann seine Doktoarbeit am Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) in Jena, wo er sich unter der Leitung von Prof. Nicole van Dam mit Pflanzen-Insekten-Interaktionen befasste. Als Prof. van Dam die Position der Wissenschaftlichen Direktorin am Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) übernahm, setzte Touw seine Forschung in Großbeeren fort und vertiefte seine Untersuchungen zu den Abwehrmechanismen von Pflanzen im Wurzelbereich. Kürzlich verteidigte er erfolgreich seine Doktorarbeit mit dem Titel „Down to the Roots: Studying the Mechanisms and Ecological Consequences of Belowground Defence Responses in Brassica rapa“. In seiner Arbeit erforschte er, wie Pflanzen auf Fraß durch die Kohlfliegenlarve (Delia radicum L.) reagieren, und legte dabei einen Schwerpunkt auf die weitgehend vernachlässigte Wurzelabwehr.

Pflanzen sind für ihre komplexen chemischen Abwehrmechanismen bekannt, die sie vor Angreifern wie Insekten, pathogenen Mikroorganismen und parasitären Nematoden schützen. Während viele Abwehrmechanismen ständig vorhanden sind, werden andere erst bei Bedarf aktiviert. Axel Touw konzentrierte sich auf diese induzierbaren Abwehrreaktionen und untersuchte, wie Brassica rapa die Produktion spezialisierter Metaboliten bei Wurzelfraß anpasst. Der Pflanzenpathologe und Entomologe fand heraus, dass der Befall durch D. radicum Larven zu einem Anstieg von Indol-Glucosinolaten (Indol-GSLs) an der Befallsstelle führt. Dies deutet darauf hin, dass diese Verbindungen für die pflanzliche Reaktion auf mechanische Verletzungen und mikrobiellen Befall entscheidend sind.

Interessanterweise deckte die Studie auch einen komplexen Kompromiss auf: Während der Anstieg von Indol-GSLs die Abwehr der Pflanze gegen Krankheitserreger stärkt, geht dies gleichzeitig mit einer Reduktion der aliphatischen GSLs einher. Diese Verschiebung macht die Pflanze anfälliger für andere Angreifer, darunter auch den Wurzelgallennematoden (Meloidogyne incognita), ein weit verbreiteter Schädling in landwirtschaftlichen Systemen. Diese Erkenntnis hat weitreichende Auswirkungen auf die Pflanzenzüchtung, da sie das fragile Gleichgewicht zwischen verschiedenen Abwehrmechanismen aufzeigt, das Pflanzen einhalten müssen.

Touws Arbeit liefert zudem neue Erkenntnisse über die indirekte Rolle antimikrobieller Verbindungen, die nach der Hydrolyse von Glucosinolaten entstehen und die Interaktionen der Pflanze mit Bodenmikroben beeinflussen. Er konnte zeigen, dass diese Verbindungen nicht nur die Abwehr der Pflanze gegen Fraßfeinde beeinflussen, sondern auch die mikrobiellen Gemeinschaften, die mit den Insekten verbunden sind, stören. Dies verändert die Dynamik der Interaktionen zwischen Pflanzen und Insekten.

Die Forschung von Axel Touw schließt eine bedeutende Wissenslücke im Bereich der Wurzelabwehrmechanismen von Pflanzen. Seine Ergebnisse könnten zukünftige gartenbauliche Praktiken beeinflussen, insbesondere bei der Züchtung von Nutzpflanzen, die besser auf mehrere bodenbürtige Bedrohungen vorbereitet sind. Er erklärt: „Die Interaktionen zwischen Organismen im Wurzelsystem sind komplex und vielschichtig. Diese Dynamiken zu verstehen, ist nicht nur aus ökologischer Sicht wichtig, sondern hat auch praktische Anwendungen in der Landwirtschaft.“

Axel Touw setzt seine Forschung am IGZ als Postdoktorand in der Forschungsgruppe „Pflanzliche Biotische Interaktionen“ unter der Leitung von Dr. Franziska Beran fort. Neben seinen Forschungsaufgaben ist er seit März 2024 auch als PostDoc-Vertreter am IGZ tätig und engagiert sich aktiv für die Nachwuchswissenschaftler*innen des Instituts.

Wir gratulieren Dr. Axel Touw zum Abschluss seiner Promotion und freuen uns auf seinen weiteren beruflichen Erfolg am IGZ.

Relevante Publikationen:

• Touw, A. J., van Dam N. M. (2023) Optimal chemical defence allocation in roots: where, why and how? Phytochem Rev. doi: 10.1007/s11101-023-09872-1
• Touw, A. J. et al. (2020) Both Biosynthesis and Transport Are Involved in Glucosinolate Accumulation During Root-Herbivory in Brassica rapa. Front. Plant Sci. doi: 10.3389/fpls.2019.01653
• Touw, A. J.; van Dam, N. M. (2022) How Do Plants Defend Themselves From Root-Eating Creatures?. Front. Young Minds. doi: 10.3389/frym.2022.660701