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Mittwoch, 18.01.2017
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Maisstoffwechsel gehorcht Parasitenproteinen

Pilzenzym schaltet Pflanzenabwehr aus

Forscher haben herausgefunden, wie Pflanzenschädlinge die Verteidigungswaffen von Maispflanzen ausbremsen. Die sogenannten Brandpilze gäben ein Enzym ab, das den Stoffwechsel der Pflanzenzellen modifiziere, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature“. Dadurch würde weniger Salizylsäure hergestellt. Diese sei jedoch für die Produktion von pflanzlichen Abwehrmolekülen entscheidend.
Mit Ustilago maydis infizierter Maiskolben

Mit Ustilago maydis infizierter Maiskolben

Das vom Pilz abgesonderte Enzym sei aber vermutlich nicht alleiniger Verursacher der Veränderungen an den Maispflanzen. Der Pilz sondere über 150 Proteine als Angriffswaffen ab. Diese manipulierten den Stoffwechsel der Maispflanzen für eigene Zwecke und bereiteten so die Infektion der Maiszellen vor. Auch die typischen gallenartigen Wucherungen nach Befall durch den Brandpilz seien darauf zurückzuführen.

Enzyme wie das jetzt identifizierte Enzym Cmu1 würden aber auch von vielen anderen Parasiten produziert, die sich auf lebendes Pflanzenmaterial spezialisiert hätten. Dieser Mechanismus könne daher ein weit verbreitetes Werkzeug zur Infektion von Pflanzen sein. „Offenbar überlisten auch viele andere Mikroorganismen aus dieser Gruppe Pflanzen auf diese Weise“, mutmaßt Studienleiterin Regine Kahmann vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie. Wenn es gelänge, diesen Mechanismus auszuschalten, könne man möglicherweise Ernteausfälle in der Landwirtschaft deutlich verringern.

Wettrüsten zwischen Parasiten und Pflanzen


Wenn Pflanzen von Schädlingen befallen werden, beginnt eine Art Wettrüsten. Die Pflanze versucht schnellstmöglich, Abwehrmoleküle herzustellen, die den Eindringling abtöten oder zumindest in Schach halten. Gleichzeitig setzen die Parasiten alles daran, diese Verteidigungsmechanismen auszuschalten.


Unbekannt war bisher, wie der Maisbrand-Erreger Ustilago maydis die Abwehrtricks der Maispflanzen unterdrückt und schwere Schäden in Maisfeldern auslöst. Entscheidend sei das Enzym Chorismat-Mutase oder Cmu1, sagen die Forscher.

Salizylsäure-Produktion bricht zusammen


Der Pilz injiziere seine eigene Chorismat-Mutase Cmu1 in die Maispflanzen. Diese dringe über einen bislang unbekannten Mechanismus in Maiszellen ein, erklären die Wissenschaftler. Dort lenke es pflanzeneigenen Stoffwechsel so um, dass die Salizylsäure-Produktion zusammenbräche - und damit auch ein wichtiger Teil der pflanzlichen Abwehr.

Dieser „Trick“ funktioniere sogar bevor die Zellen vom Parasiten befallen würden. Denn Cmu1 gelange über natürliche Zellverbindungen auch in Nachbarzellen, sagen die Wissenschaftler. Dort programmiere das Enzym diese auf die Bedürfnisse des Pilzes um und erleichtere so seine Ausbreitung in der Pflanze.

„Cmu1 ist aber nur eines von vielen Proteinen, mit denen der Pilz die Pflanze traktiert“, sagt Armin Djamei, einer der Erstautoren der Studie. Er verfolge auch noch andere Strategien, um die Pflanzenabwehr zu überwinden. Der Erreger besitze beispielsweise zwei Gene für Enzyme, die Salizylsäure unschädlich machen könnten. (Nature, 2011; DOI: 10.1038/nature10454)
(Nature / Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie / dapd, 07.10.2011 - DLO)
 
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