Vergleichende Genomik und Biokontrollpotenzial von fünf Bacillus-Stämmen, die aus der Rhizosphäre von Weinreben isoliert wurden

Warum das für Weinliebhaber und Winzer wichtig ist

Weinreben weltweit stehen unter Druck durch Grauschimmel, einen zerstörerischen Pilz, der Erträge vernichten und den Geschmack, die Farbe und das Aroma von Wein beeinträchtigen kann. Heute wird diese Krankheit größtenteils mit synthetischen Fungiziden unter Kontrolle gehalten, die Rückstände im Weinberg und in der Flasche hinterlassen können. Diese Studie untersucht eine umweltfreundlichere Alternative: natürlich vorkommende Bodenbakterien aus argentinischen Weinbergen, die Reben vor Krankheiten schützen könnten, ohne Chemikalien ins Glas zu bringen.

Eine verborgene Gemeinschaft um die Wurzel der Rebe

Weinreben leben nicht allein. Ihre Wurzeln sind von einer lebhaften unterirdischen Mikrobengemeinschaft umgeben, die sich von Wurzelexsudaten ernährt und im Gegenzug den Pflanzen helfen kann, Stress und Krankheiten abzuwehren. Aus dieser Wurzelzone hatten die Forschenden zuvor fünf Bacillus-Stämme isoliert, eine Gruppe robuster, sporulierender Bakterien, die bereits in einigen umweltfreundlichen Pflanzenschutzmitteln eingesetzt werden. Alle fünf Stämme konnten in Labortests wichtige pilzliche Krankheitserreger, darunter Botrytis cinerea, den Erreger des Grauschimmels, verlangsamen, doch ihre genaue Identität und Wirkungsweise waren noch unklar.

Die Freundlichen von den Fragwürdigen trennen

Um zu verstehen, was sie gefunden hatten, sequenzierte das Team das vollständige Erbgut jeder Bacillus-Stamms und verglich die Genome mit Referenzdatenbanken. Zwei Stämme, AMCV2 und FAU18 genannt, gruppierten sich eindeutig mit Bacillus subtilis, einer Art, die weithin als sicher gilt und bereits als biologisches Kontrollmittel verwendet wird. Die anderen drei Stämme ordneten sich der Bacillus cereus-Familie zu, die nicht nur nützliche Biopestizide umfasst, sondern auch Bakterien, die Lebensmittelvergiftungen und andere Erkrankungen verursachen können. Da die Grenzen innerhalb dieser Familie unscharf sind, kombinierten die Autorinnen und Autoren mehrere Klassifikationsmethoden und mikroskopische Kontrollen und wiesen diese drei schließlich Bacillus cereus sensu stricto zu — einer Gruppe, die typische Gene für diarrhöegene Toxine trägt und daher Vorsicht erfordert.

Naturwaffen der Weinbergbakterien

Die Genomdaten zeigten außerdem, welche chemischen Werkzeuge diese Bakterien zur Pilzbekämpfung einsetzen könnten. Alle fünf Stämme trugen Genpakete, die die Produktion von Sekundärmetaboliten steuern können — spezialisierte Moleküle, die nicht für das Grundüberleben notwendig sind, aber für Konkurrenzfähigkeit und Abwehr entscheidend sind. Bei dem als sicher eingestuften B. subtilis-Paar, AMCV2 und FAU18, fanden die Forschenden vollständige, hochkonservierte Gencluster für zwei zyklische Lipopeptide, Fengycin und Surfactin. Diese seifenähnlichen Moleküle sind dafür bekannt, Pilzmembranen zu durchlöchern und Biofilme zu stören. Die B. cereus-Stämme zeigten dagegen ein starkes genetisches Potenzial zur Herstellung von Siderophoren, Verbindungen, die Eisen aus der Umgebung binden, aber nur unvollständige Hinweise auf die starken antifungalen Lipopeptide.

Die Abwehrkräfte der Bakterien im Test

Um zu prüfen, ob sich diese Vorhersagen in realer Wirkung niederschlagen, isolierte das Team Lipopeptide aus Kulturen jedes Stamms und trug sie auf Platten auf, auf denen Grauschimmel wuchs. Nur die Extrakte von AMCV2 und FAU18 erzeugten klare, lang anhaltende Zonen, in denen der Pilz nicht weiterwuchs; die B. cereus-Stämme zeigten unter denselben Bedingungen keine sichtbare Hemmung. Als die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sich die früheste Phase des Pilzlebenszyklus — die Sporenkeimung — genauer anschauten, stellten sie fest, dass Lipopeptide des B. subtilis-Paares das Austreiben der Grauschimmelsporen fast vollständig blockierten, während Sporen in Kontrollbehandlungen normal keimten. Die Kombination der beiden B. subtilis-Extrakte steigerte die Wirkung nicht weiter, verringerte sie aber auch nicht, was darauf hindeutet, dass bereits jede Einzelne hochwirksam ist.

Auf dem Weg zu saubererem Krankheitsmanagement im Weinberg

Durch die Kombination von DNA-Analyse und Labortests schränkt diese Studie ein, welche Weinbergbakterien sowohl wirksam als auch wahrscheinlich sicher als lebende Fungizide einsetzbar sind. Das zentrale Ergebnis ist, dass zwei B. subtilis-Stämme aus argentinischen Weinrebenwurzeln starke antifungale Lipopeptide produzieren, die die Keimung von Grauschimmelsporen verhindern und somit ein vielversprechendes Instrument zum Schutz der Reben ohne starke chemische Spritzungen bieten. Im Gegensatz dazu zeigten die B. cereus-Stämme, obwohl sie eisenbindende Verbindungen produzieren, nur geringe direkte antifungale Aktivität und tragen genetische Merkmale, die Sicherheitsbedenken hervorrufen. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass AMCV2 und FAU18 starke Kandidaten für die nächste Generation Bacillus-basierter Biofungizide sind, die einen nachhaltigeren und rückstandsfreien Weinbau unterstützen könnten.

Zitation: Lajoinie, D.M., Rocco Welsh, R., Rey, C. et al. Comparative genomics and biocontrol potential of five Bacillus strains isolated from grapevine rhizosphere. Sci Rep 16, 10819 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44555-9

Schlüsselwörter: Biokontrolle von Weinreben, Bacillus subtilis, Grauschimmel, Biofungizid, nachhaltiger Weinbau