Verteidigung pflanzlicher Abwehrmechanismen unter Mehrfachbefall: Erfolgreiche Promotion von Jessil Ann Pajar

In natürlichen und landwirtschaftlichen Systemen sind Pflanzen häufig mehreren Fraßfeinden gleichzeitig ausgesetzt. Dennoch konzentriert sich ein Großteil der Forschung bislang auf die Reaktionen von Pflanzen auf einzelne Schaderreger. Diese Forschungslücke erschwert die Entwicklung von Strategien zur Stärkung der Pflanzenresilienz unter realistischen Mehrfachbefalls-Szenarien. Pajars Promotion adressierte diese Lücke, indem sie untersuchte, wie die Schwarzsenf-Art Brassica nigra auf Blattläuse über der Erde und auf Nematoden im Wurzelbereich reagiert. Ein besseres Verständnis dieser Interaktionen ist wichtig, um Schädlingsdynamiken vorherzusagen und nachhaltige Pflanzenschutzstrategien zu entwickeln.

Die Chemische Ökologin nutzte gezielte und ungezielte Metabolomik-Analysen in Kombination mit Genexpressionsdaten, um zu erforschen, wie verschiedene Nematodeninfektionen im Wurzelraum die pflanzliche Abwehr beeinflussen und wie sich diese Veränderungen wiederum auf die Performance der Kohlblattlaus auswirken. Sie zeigte, dass Infektionen durch die Wurzelgallennematode Meloidogyne incognita und die Wurzelläsionsnematode Pratylenchus penetrans jeweils unterschiedliche abwehrbezogene Metabolite in den Wurzeln von Brassica nigra induzierten, insbesondere Glucosinolate. Bei gleichzeitiger Infektion durch beide Nematoden sank der Glucosinolatgehalt jedoch, was auf veränderte Abwehrprioritäten unter Doppelbefall hindeutet.

Darüber hinaus konnte Pajar zeigen, dass Nematodenbefall in den Wurzeln auch die chemische Zusammensetzung der Blätter und des Phloems verändert und damit die Überlebensfähigkeit der spezialisierten Blattlaus beeinflusst. Frühe Infektion durch P. penetrans veränderte die Konzentrationen verschiedener Abwehrmetabolite in den Blättern und im Phloemsaft, was mit einer verringerten Überlebensrate der Blattläuse korrelierte.

Abschließend untersuchte Pajar die Rolle von Vitamin C als abwehrrelevantem Metaboliten. Sie stellte fest, dass der Vitamin-C-Gehalt in Brassica nigra bei Befall durch P. penetrans deutlich niedriger war. Mithilfe einer Vitamin-C-defizienten Mutante der verwandten Modellpflanze Arabidopsis thaliana konnte sie bestätigen, dass die Blattlaus auch dort schlechter überlebt. Die Mutante zeigte veränderte primäre und sekundäre Metabolitprofile, unter anderem erhöhte Zucker-, Aminosäure- und Phenylpropanoidkonzentrationen, die vermutlich zur verringerten Läuseperformance beitragen.

Die Ergebnisse eröffnen neue Hypothesen darüber, wie B. nigra seine Stoffwechselressourcen unter Mehrfachbefall verteilt und wie Interaktionen im Wurzelraum die Abwehrreaktionen im Spross beeinflussen. Pajars Arbeit trägt zu einem tieferen Verständnis der Koordination pflanzlicher Abwehrwege bei und unterstreicht die Notwendigkeit, Schaderreger nicht isoliert, sondern in ihrem natürlichen Zusammenspiel zu untersuchen.

Jessil Ann Pajar führte ihre Promotion unter der Betreuung von Prof. Dr. Nicole van Dam durch. Sie begann ihre Promotion innerhalb der International Max Planck Research School (IMPRS) des Max-Planck-Instituts für Chemische Ökologie in Jena und forschte zunächst am Deutschen Zentrum für Integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) in Leipzig. Im Januar wechselte sie 2023 an das IGZ. Derzeit bereitet sie Anträge für die Einwerbung unabhängiger Forschungsgelder im Ausland vor, um ihre Arbeiten zu den molekularen Grundlagen der von Nematoden ausgeschiedenen Effektoren fortzusetzen.

Prof. van Dam betont das hohe wissenschaftliche Potenzial Pajars: „Sie bringt alles mit: einen hervorragenden Verstand, großes Talent für wissenschaftliches Arbeiten und vor allem eine echte Leidenschaft dafür, biologische Interaktionen zu verstehen. In kurzer Zeit hat sie sich als international anerkannte Expertin für die chemische und molekulare Ökologie von Nematoden-Pflanzen-Interaktionen etabliert. Ich wünsche Jessil für ihre weitere Karriere und auch persönlich alles Gute – und hoffe, dass sich unsere Wege in Zukunft wieder kreuzen werden!“

Wir gratulieren Dr. Jessil Ann Pajar herzlich zum erfolgreichen Abschluss ihrer Promotion und wünschen ihr weiterhin viel Erfolg in ihrer Forschungskarriere.

Ausgewählte Publikationen

• Pajar, J.A., Leonar, A.L., Otto, P., Döll, S., Hanschen, F.S., & van Dam, N.M. (2025). Dual and single-species nematode infections distinctly modulate defense metabolism in Brassica nigra roots. Journal of Chemical Ecology, 51(5): 90. doi:10.1007/s10886-025-01637-8
• Pajar, J.A., Otto, P., Leonar, A.L., Döll, S. & van Dam, N.M. (2024). Dual nematode infection in Brassica nigra affects shoot metabolome and aphid survival in contrast to single-species infection. Journal of Experimental Botany, 75(22), 7317–7336. https://doi.org/10.1093/jxb/erae364