Molekulare Abwehrmechanismen

Trotz eines Rückgangs der Befallszahlen 2025 wurden österreichweit noch immer rund 1,93 Mio. Vfm Borkenkäferschäden registriert. Rund 88% davon entfielen auf den Buchdrucker, der überwiegend die Fichte befällt. Gleichzeitig bleibt die Fichte mit Abstand die wichtigste Wirtschaftsbaumart des Landes und liefert gemeinsam mit der Tanne rund 86% des heimischen Sägerundholzes.
Vor diesem Hintergrund gewinnt das Forschungsprojekt Fichtetron an besonderer Bedeutung. Das vom Bundesforschungszentrum für Wald (BFW) koordinierte Projekt verfolgt das Ziel, die molekularen Abwehrmechanismen der Fichte gegenüber dem Buchdrucker besser zu verstehen. Beteiligt sind die Universität für Bodenkultur Wien (BOKU), die Veterinärmedizinische Universität Wien sowie die Universität Innsbruck. Finanziert wird das Vorhaben durch die Kooperationsplattform Forst Holz Papier (FHP) und die Österreichischen Bundesforste (ÖBf).
Während die Wechselwirkungen zwischen Borkenkäfer und Fichte seit Jahrzehnten im Freiland untersucht werden, stoßen Feldversuche häufig an Grenzen. Witterungseinflüsse, unterschiedliche Standortbedingungen und die natürliche Dynamik von Käferpopulationen erschweren reproduzierbare Experimente. Zudem sind groß angelegte Befallsversuche mit lebenden Käfern technisch aufwendig und kostenintensiv.  
Die Forschenden haben deshalb einen neuen experimentellen Ansatz entwickelt: Im Phytotron, einer Anlage für kontrollierte Umweltbedingungen, werden Fichtenkeimlinge gezielt mit Proteinextrakten des Buchdruckers behandelt. Die Methode simuliert frühe Phasen eines Käferangriffs, ohne dass lebende Insekten eingesetzt werden müssen. Dadurch können zahlreiche Pflanzen unter identischen Bedingungen getestet und die ausgelösten Abwehrreaktionen präzise verglichen werden. 

Blick in das Abwehrsystem der Fichte
Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht die Frage, welche Gene und Signalwege unmittelbar nach einem Befall aktiviert werden. Dazu analysieren die Forscher:innen die Genexpression der behandelten Pflanzengewebe mittels RNA-Sequenzierung. Bereits zwei bis 48 Stunden nach der Behandlung konnten bis zu 550 unterschiedlich exprimierte Gene identifiziert werden. Diese Gene sind an zentralen biologischen Prozessen beteiligt, die die Abwehr der Pflanze steuern. 
Zu den aktivierten Reaktionswegen zählen insbesondere sogenannte Pflanzen-Pathogen-Interaktionen, MAPK-Signalkaskaden, hormonvermittelte Reaktionen, Abwehrproteine und die Biosynthese sekundärer Inhaltsstoffe. Diese Stoffwechselprodukte spielen eine wichtige Rolle bei der Verteidigung gegen Schadinsekten und Krankheitserreger. Sie können abschreckend wirken, die Käferentwicklung beeinträchtigen oder die Besiedlung des Holzes erschweren. 

Besonders bemerkenswert ist, dass die bei den Sämlingen beobachteten molekularen Reaktionen weitgehend mit jenen übereinstimmen, die zuvor bei ausgewachsenen Fichten unter kontrolliertem Käferbefall festgestellt wurden. Die Ergebnisse sprechen dafür, dass die Fichte über eine konservierte Abwehrstrategie verfügt, die sich über verschiedene Entwicklungsstadien hinweg erhalten hat. Nach Einschätzung der Forschenden könnte diese Strategie das Ergebnis einer langen gemeinsamen Evolutionsgeschichte von Fichte und Buchdrucker seit der postglazialen Wiederbesiedlung Europas sein. 

Bedeutung für Forschung und Praxis
Der neue Versuchsansatz bietet weit mehr als grundlegende Erkenntnisse über die Biologie der Fichte. Er schafft erstmals die Möglichkeit, unterschiedliche Herkünfte und genetische Linien systematisch und reproduzierbar auf ihre Abwehrleistung zu testen. Für die forstliche Forschung eröffnet sich damit ein leistungsfähiges Screening-Instrument, das in relativ kurzer Zeit große Mengen an Pflanzenmaterial untersuchen kann. 
Aus Sicht der Waldbewirtschaftung ist dies besonders relevant. Die Forstpraxis sucht zunehmend nach Herkünften und Vermehrungsgut, das mit den Herausforderungen des Klimawandels besser umgehen kann. Während bislang vor allem Wuchsleistung und Trockenheitstoleranz im Fokus standen, rückt nun auch die genetisch bedingte Widerstandsfähigkeit gegenüber Borkenkäfern stärker in den Mittelpunkt. 
Die im Projekt etablierten Methoden ermöglichen es, Unterschiede in den molekularen Abwehrreaktionen verschiedener Saatgutquellen sichtbar zu machen. Dadurch könnten künftig jene Populationen identifiziert werden, die besonders rasch oder intensiv auf einen Käferangriff reagieren. Solche Informationen wären wertvoll für die Auswahl geeigneter Herkünfte und für die Entwicklung langfristiger Züchtungsstrategien. 

Der nächste Forschungsschritt
Aktuell untersucht das Fichtetron-Team die Variabilität der Abwehrreaktionen bei mehreren Fichtenpopulationen aus unterschiedlichen Regionen Europas. Ziel ist es, Herkünfte mit einem besonders hohen Widerstandspotenzial zu identifizieren und die genetischen Grundlagen dieser Unterschiede besser zu verstehen. Parallel dazu werden mithilfe der hochmodernen Methode der Spatial Transcriptomics, die Sequenzierungsverfahren mit hochauflösender Mikroskopie kombiniert, die Zellen und Gewebe untersucht, die für die Auslösung und Vermittlung der Abwehrreaktion verantwortlich sind.
Darüber hinaus soll künftig untersucht werden, wie sich zusätzliche Stressfaktoren auf die Abwehrleistung auswirken. Gerade Trockenheit könnte eine Schlüsselrolle spielen, da Bäume unter Wassermangel häufig ihre Ressourcen zwischen Wachstum, Überleben und Abwehr neu verteilen müssen. Die Forscher:innen wollen daher die molekularen Wechselwirkungen zwischen biotischem Stress durch Borkenkäfer und abiotischem Stress durch Trockenheit entschlüsseln. 

Fazit
Fichtetron liefert wichtige Grundlagen für das Verständnis der natürlichen Abwehrmechanismen der Fichte gegenüber dem Buchdrucker. Der entwickelte Phytotron-Test ermöglicht erstmals standardisierte und reproduzierbare Untersuchungen der pflanzlichen Abwehr auf molekularer Ebene. Darüber hinaus können die Untersuchungen ganzjährig unter kontrollierten Laborbedingungen durchgeführt werden, unabhängig von den klimatischen Bedingungen im Freiland. Dadurch lassen sich die Winterpause und der aufwändige Arbeitsaufwand von Freilanduntersuchungen vermeiden. Für die Forschung eröffnet dies neue Möglichkeiten zur Analyse genetischer Resistenzeigenschaften. Für die Praxis könnten die Ergebnisse langfristig dazu beitragen, widerstandsfähigere Fichtenbestände aufzubauen und die Anpassungsfähigkeit der Wälder an Klimawandel, Trockenheit und zunehmenden Schädlingsdruck zu verbessern. Damit verbindet das Projekt moderne Molekularbiologie mit einer der zentralen Zukunftsfragen der österreichischen Forstwirtschaft.