Neuer Schalter gegen Pflanzenkrankheiten gefunden
Landwirtschaft
TUM-Forscher: So wehrt sich Gerste gegen Mehltau
Der Echte Mehltau ist ein trickreicher Krankheitserreger: Der Pilz kann Gerste so manipulieren, dass die Zellen des Getreides ihm nicht nur Einlass in die Pflanze gewähren, sondern den Krankheitserreger auch noch mit Nährstoffen versorgen. Ein Forscherteam vom Lehrstuhl für Phytopathologie der Technischen Universität München (TUM) hat jetzt auf molekularer Ebene beteiligte Wege aufgedeckt, auf denen der Pilz das schafft – und wie die Gerste sich dagegen wehren kann. Die Ergebnisse wurden nun in der renommierten Fachzeitschrift „The Plant Cell“ veröffentlicht. Auch Pflanzen haben ein Immunsystem, das sie vor Krankheitserregern schützt.
Das Protein MAGAP1, molekularer Gegenspieler des Anfälligkeitsfaktors RACB, besetzt das Zytoskelett der Gerste (grün-blau). In rot der Zellkern nahe des Ortes, wo ein Mehltaupilz einzudringen versucht. Foto: Caroline Hoefle / TUM
Echter Mehltau manipuliert die Gerste
Früherkennung
von Erregern und anschließende Abwehrreaktionen, vor allem an der
Pflanzenzellwand, wirken als Schutzschild. Doch auch die Erreger von
Pflanzenkrankheiten haben ihre Waffen: Einige sind in der Lage, die
zellwandassoziierte Abwehrreaktion der Pflanzen zu unterdrücken. „Ein besonders
raffinierter Angreifer, der Echte Mehltaupilz, kann Zellen sogar so
umprogrammieren, dass sie Architektur und Stoffwechsel zu Gunsten des Pilzes
anpassen. Dann unterstützt die Pflanze das Einwachsen des eigentlich
schädlichen Mehltaupilzes in lebende Pflanzenzellen aktiv und versorgt ihn
sogar mit Nährstoffen“, erläutert Prof. Ralph Hückelhoven vom TUM-Lehrstuhl für
Phytopathologie. Wie der Mehltau die Pflanze derartig manipulieren kann und
welche pflanzlichen Komponenten dabei beteiligt sind, ist noch weitgehend ein
Rätsel.
Hückelhovens
Forscherteam hat jetzt jedoch einen Baustein zur Entschlüsselung dieses
Geheimnisses geliefert. Mit Unterstützung von Kollegen aus Gatersleben, Gießen
und Erlangen haben die Weihenstephaner Wissenschaftler zwei Proteine in der
Gerste identifiziert, die sich der Echte Mehltaupilz bei seiner „feindlichen
Übernahme“ lebender Pflanzenzellen zunutze macht. Die beiden Eiweißstoffe
steuern eigentlich gemeinsam Entwicklungsprozesse in der Pflanzenzelle - bei
der Gerste sind sie zum Beispiel für das Wachstum von Wurzelhaaren
verantwortlich. Das eine Protein, RACB genannt, ist ein molekularer Schalter,
der in Pflanzen bei von außen kommenden Signalen eine strukturelle und
stoffwechselbezogene Antwort ihrer Zellen einleitet. Zum Beispiel ist es an der
Oberflächenvergrößerung der Pflanzenzelle bei Wachstumsprozessen beteiligt. Das
andere Protein, MAGAP1 genannt, fungiert als sein Gegenspieler und kann so
diese Aktivitäten der Zelle verhindern oder lokal begrenzen.
Die
Forscher konnten beobachten, wie das RACB-Protein den Pilz beim Einwachsen in
die Pflanze unterstützt. Die Grundfunktion des Proteins, die Vergrößerung der
Pflanzenzellmembran, wird zum Einfallstor: Denn RACB fördert die Vergrößerung
der Zelloberfläche beim Eindringen des Mehltaupilzes, so dass die Pflanzenzelle
hierbei intakt bleibt und der Pilz weiter unterstützt wird. Hückelhovens Team
konnte zeigen: Fehlt das Protein, ist die Pflanze weniger anfällig gegen Echten
Mehltau. Hückelhoven erklärt: „Der Schadpilz profitiert also von diesem Protein
der Gerste. RACB erleichtert es dem Echten Mehltau, seine Ernährungsorgane in
die attackierte Zelle einzustülpen, um die Kontrolle über die Gerstenzelle zu
übernehmen.“ Die Forscher vermuten, dass der Pilz schon quasi per Fernsteuerung
von außen die Kontrolle über die pflanzeneigene Signalkette übernimmt, um dem
Pilz die Tür zu den Nährstoffquellen der Pflanze zu öffnen.
MAGAP1 verhindert die Attacke
Die
TUM-Forscher konnten aber auch zeigen, dass die Gerste diesem Trick nicht
wehrlos ausgeliefert ist - MAGAP1 kann die Attacke von außen wirksam
verhindern. Dieses Gegenspieler-Protein sitzt normalerweise am Zytoskelett der
Pflanzenzelle, einem dynamischen Geflecht aus Eiweißfasern, das u.a. für die
Zellwandverstärkung zur Verhinderung einer Pilz-Invasion zuständig ist. Bei
einer Attacke wandert MAGAP1 jedoch an die Membran der Zelloberfläche, wo es
den Anfälligkeitsfaktor RACB abschaltet. Das verhindert dann die
Oberflächenvergrößerung der Zelle, die der Pilz benötigen würde, um
einzudringen. So schlägt die widerstandsfähige Gerstenzelle dem Echten Mehltau
also die Tür vor der Nase zu.
Der
Lehrstuhl für Phytopathologie betreibt hauptsächlich Grundlagenforschung. Doch
die Wissenschaftler, die gleichzeitig Mitglied im Zentralinstitut
Hans-Eisenmann-Zentrum für Agrarwissenschaften der TUM sind, denken bereits in
diesem Stadium an den Landwirt: „Vom genauen Verständnis der Krankheitsursachen
erhoffen wir uns mittelfristig innovative Ansätze zur Gesunderhaltung von
Kulturpflanzen über die Stärkung der natürlichen Immunität“, so Prof.
Hückelhoven.
Dr. Ulrich Marsch, TUM; Foto: Caroline Hoefle/TUM