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Pilz mit Köpfchen

Erde|Umwelt

Pilz mit Köpfchen
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Der Erreger des Maisbeulenbrands, der Brandpilz Ustilago maydis, steuert den Verlauf der Infektion in der Maispflanze unterschiedlich ? je nachdem welche Organe er befällt. Das hat ein deutsch-amerikanisches Forscherteam herausgefunden. Der Pilz regt die Maiszellen zur Teilung an, wodurch tumorartige Wucherungen an der Pflanze entstehen. Blüten- und Blattzellen der Maispflanze reagieren allerdings unterschiedlich auf Signale zur Tumorbildung. Um die Zellteilung und das Wachstum von Tumoren dennoch zuverlässig anzuregen, bildet der Pilz jeweils eine spezifisch an den Infektionsort angepasste Mischung verschiedener Proteine. Diese Flexibilität von Erregern bei der Infektion von Pflanzen war bis jetzt noch nicht bekannt. Sie könnte unter anderem erklären, wieso die Entwicklung resistenter Pflanzensorten so schwierig ist, berichten die Forscher um Gunther Döhlemann vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg.

Ustilago maydis zerstört die befallenen Pflanzenzellen nicht, da er zur eigenen Nährstoffversorgung auf sie angewiesen ist. Stattdessen bildet der Pilz verschiedene Proteine, die die Gene der Wirtspflanze derart umprogrammieren, dass sich die Zellen im befallenen Organ der Maispflanze zu teilen beginnen. Die Forscher sind nun einer bisher unbekannten Strategie des Erregers auf die Spur gekommen. Sie infizierten Maispflanzen mit dem Pilz und beobachteten im Labor gleichzeitig die Aktivität der Gene des Erregers und der Pflanze. Da jeweils ein spezifisches Gen festlegt, welches Protein produziert wird, konnten die Wissenschaftler aus dem Aktivitätsmuster der Pilzgene die Art der hergestellten Proteine ermitteln. Durch die gleichzeitige Überwachung der Gene der Maispflanze erhielten sie Informationen über die Reaktion, die die Pilzproteine in den Pflanzenzellen ausgelösten.

Dabei zeigte sich, dass Ustilago maydis seine Aufforderung zur Zellteilung ? in Form der hergestellten Proteinmischung ? auf das befallene Organ abstimmt. So wird zum Beispiel mehr als ein Drittel der Pilz-Proteine ausschließlich bei einer Infektion der Blätter gebildet, nicht aber, wenn Blüten oder Stängel betroffen sind. Diese Anpassung ist für den Pilz ein großer Vorteil, da die Gene von Blüten-, Stängel-, und Blattzellen unterschiedlich aktiviert werden müssen, damit Tumore gebildet werden. „Die von Ustilago maydis produzierten Proteine sind eine Art Waffenarsenal, das der Pilz ganz unterschiedlich einsetzt ? abhängig davon, wie die Gene des infizierten Organs zwecks Tumorbildung umprogrammiert werden müssen“, erklärt Gunther Döhlemann gegenüber ddp.

Die einzigartige Anpassungsfähigkeit des Krankheitserregers erschwert die Entwicklung resistenter Maispflanzen: Es gibt zwar Pflanzen mit organspezifischer Resistenz, bei diesen kann Ustilago maydis aber ein anderes Organ befallen. „Eine vollständige Resistenz lässt sich deshalb nur erreichen, wenn ein Infektionsweg versperrt wird, den der Pilz in allen Geweben benutzt“, sagt Döhlemann. Dies sei insofern erfolgversprechend, da die Immunabwehr der Pflanze überall auf sehr ähnliche Weise funktioniere, weshalb der Erreger beim Eindringen höchstwahrscheinlich in jedem Organ eine weitgehend einheitliche Proteinmischung einsetze.

Gunther Döhlemann (Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, Marburg) et al.: Science, Bd. 328, Nr. 5974, S. 89, doi: 10.1126/science.1185775 ddp/wissenschaft.de ? Thomas Neuenschwander
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