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Freitag, 20.10.2017
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Warum Mehltau-resistente Pflanzen unfruchtbar sind

Zwei Proteine als Einfallstore für Echten Mehltau sind auch für die Befruchtung wichtig

Der Echte Mehltau nutzt zwei Pflanzenproteine als Einfallstore für seine Infektion. Wie Wissenschaftler jetzt entdeckt haben, sind diese Proteine sowohl für die Befruchtung der Pflanze als auch für die Infektion mit dem Mehltau nötig. In einer Studie in „Science“ belegen die Forscher, weshalb Pflanzen, in denen diese Gene mutiert sind, zwar Mehltau-resistent, aber unfruchtbar sind.
Mehltau-infizierte Pflanzen der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana).

Mehltau-infizierte Pflanzen der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana).

Mehltau ist eine der hartnäckigsten Pflanzenschädlinge. Der Pilz verursacht immer wieder Ernteausfälle, bisher gibt es kaum natürliche Resistenzen dagegen. Einen Grund dafür haben jetzt Forscher entdeckt. Pollenschläuche und Pilzfäden sehen nicht nur ähnlich aus, sondern sie benötigen auch ähnliche Proteine. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln und der Universität Zürich haben jetzt in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana zwei Proteine identifiziert, die sowohl für deren Befruchtung als auch für die Infektion mit Echtem Mehltau nötig sind. Die Namen der beiden nun entdeckten Proteine leiten sich von etruskischen Fruchtbarkeitsgöttinnen her: Feronia und Nortia.

Leitmolekül für Pollenschlauch und Tor für Mehltau


Die Wissenschaftler haben entdeckt, dass sie der Pflanze sowohl nutzen als auch schaden. Sie koppeln nämlich die Fähigkeit zur Samenbildung an die mangelnde Widerstandskraft gegenüber Mehltau. Feronia signalisiert dem aus dem Pollen keimenden Pollenschlauch, dass er an seinem Ziel angekommen ist und die männlichen Geschlechtszellen freigesetzt werden sollen. Das Protein wird allerdings auch in den Blättern gebildet und verschafft dem Mehltau Zugang zur Pflanze. Damit diese gegen den Eindringling resistent wird, müssen sowohl die mütterliche als auch die väterliche Kopie
des Feronia-Gens defekt sein. Ohne das Feronia-Protein unterbleibt die Befruchtung, und es entwickelt sich kein Embryo.

Das Protein Nortia ist ebenfalls an der Befruchtung beteiligt, es kommt aber nicht in den Blättern vor. Stattdessen tritt dort ein eng mit Nortia verwandtes Protein auf, das MLO. Es macht Pflanzen anfällig für Mehltau, z.B. Gerste, in der Ralph Panstruga das MLO-Gen vor ein paar Jahren entdeckt hatte.
Resistent werden diese aber nur, wenn beide Genkopien mutiert sind. Da Arabidopsis drei MLO-Gene besitzt, die für die Anfälligkeit von Bedeutung sind, müssen bei dieser Pflanze sogar sechs Kopien unbrauchbar werden, bevor sie resistent gegenüber Mehltau ist. Daneben gibt es jedoch noch verschiedene andere Gene, die Pflanzen gegenüber der Pilzerkrankung widerstandsfähig machen.


Keine Chance für die Evolution


Durch diese Doppelfunktion der beiden Proteine wird klar, warum es der Evolution bislang nicht gelungen ist, dem Mehltau diese Eintrittspforte zu verbauen. „Beide Funktionen sind offensichtlich nur schwer zu entkoppeln. Die Alternativen heißen: resistent und unfruchtbar oder anfällig und fruchtbar“, erklärt Ralph Panstruga vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung.

Feronia ist ein Rezeptor, der Nortia offenbar direkt beeinflusst. Die Wissenschaftler wissen allerdings noch nicht, wie Feronia mit Nortia und MLO zusammenarbeitet. „Unser Ziel ist es, auf der Basis von Feronia- Mutanten mehltauresistente Pflanzen zu züchten, die auch fruchtbar sind“, so Panstruga. Ein ehrgeiziges Ziel – die Evolution scheint jedenfalls bislang keine solchen Mutanten hervorgebracht zu haben. Offensichtlich ist Feronia im Fruchtknoten und in den Blättern so wichtig, dass die Pflanze nicht so einfach darauf verzichten kann.
(Max-Planck-Gesellschaft, 25.11.2010 - NPO)
 
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