Pilze bilden neben Pflanzen und Tieren ein eigenes Reich vielzelliger Lebewesen. Sie können nicht – wie grüne Pflanzen – das Sonnenlicht als Energiequelle nutzen, sind andererseits aber auch nicht so beweglich wie Tiere. Viele Pilze leben daher als Parasiten, sie laben sich an den Nährstoffen, die andere hergestellt oder gespeichert haben. Jetzt haben Wissenschaftler einen ursprünglich als harmlos einstuften Pilz als geheimen Parasiten entlarvt.
Was Pilze zu komplizierten Lebewesen macht, ist ihr Entwicklungsgang: Manche machen ganz erstaunliche Wandlungen durch, mit ihren auch äußerlich stark unterschiedlichen Gestalten führen sie ein wahres Doppelleben. Manchmal vermehren sie sich ungeschlechtlich, dann wieder müssen Pilzfäden der unterschiedlichen Geschlechter bei der sexuellen Fortpflanzung zusammenfinden.
Mit Rostpilz verwandt
Die Pilzforscher Dr. Robert Bauer und Dr. Matthias Lutz vom Botanischen Institut der Universität Tübingen sind bei ihren Forschungen auf die unscheinbare Pilzgattung Tuberculina gestoßen, die auf Rostpilzen parasitiert. Die Forscher entdeckten, dass Tuberculina der gleiche Pilz ist wie Helicobasidium, der an Pflanzen die violette Wurzelfäule verursacht und bisher überhaupt nicht mit Tuberculina in Verbindung gebracht wurde. Dr. Matthias Lutz, der seine Doktorarbeit über die merkwürdige Pilzgattung Tuberculina geschrieben hat, hat dafür gleich zwei Preise erhalten: den erstmals vergebenen Oskar-Brefeld-Preis der Deutschen Gesellschaft für Mykologie sowie den Promotionspreis 2004 der Tübinger Fakultät für Biologie.
Aus der Perspektive eines Birnenblattes ist ein Rostpilz ein lästiger Parasit. Er zweigt Nährstoffe für sich selbst ab und bildet auf dem Birnenblatt große braune Pusteln. Doch auch er kann nicht immer in Ruhe leben. Ein anderer Parasit hat sich auf Rostpilze als Wirte spezialisiert: Der Pilz Tuberculina wächst mit seinen Ausläufern, den Hyphen, fest in den Rostpilz ein, der nun keine Sporen mehr produzieren und sich nicht weiter ausbreiten kann.
Tatsächlich hat Dr. Dominik Begerow, ebenfalls vom Botanischen Institut, bei der genetischen Analyse festgestellt, dass der Rostpilz und sein Parasit Tuberculina zwar unterschiedliche Arten sind, aber verblüffend eng miteinander verwandt sein müssen. „Ungewöhnlich ist auch, wie stark sich Wirt und Parasit hier verbinden. Die Zellwand beider Pilze wird aufgelöst, die Zellen verschmelzen. Dann wandern Zellkerne des Parasiten in die Zellen des Rostpilzes ein“, sagt Robert Bauer. Der Pilz entpuppt sich daher auch allgemein als interessantes Forschungsmodell für Formen des Parasitismus und die Evolution.
Doppelleben aufgedeckt
Während mit der genetischen Analyse geklärt werden konnte, dass Tuberculina und der mit ihr eng verwachsene Rostpilzwirt verschiedene Arten sind, bot die Analyse in einer anderen Richtung eine Überraschung: Beim Vergleich bestimmter Gensequenzen von Tuberculina mit in Gendatenbanken verfügbaren Sequenzen zeigte sich, dass sie mit denen von Helicobasidium übereinstimmten – einem Pilz, den man bisher mit Tuberculina nicht in Verbindung gebracht hatte.
Helicobasidium ist ein Pflanzenparasit und nicht sehr wählerisch: Er wächst zum Beispiel auf so unterschiedlichen Gewächsen wie Astern, Farnen, Spargel und an der Stammbasis von Bäumen. „An der Wurzel bildet er als violette Wurzelfäule ein Hyphengeflecht“, erklärt Matthias Lutz. In Ostasien habe der Pilz als Schädling auch eine wirtschaftliche Bedeutung: „Er richtet zum Beispiel an Apfel- und Maulbeerbäumen Schäden an.“
Dass Tuberculina und Helicobasidium zwei Formen der gleichen Pilzart sein sollten, erschien den Tübinger Forschern so erstaunlich, dass sie die Ergebnisse weiter absichern wollten. „Denn der Pilz hat einen einmaligen Entwicklungsgang. Er ist der erste überhaupt, der zwischen Wirten aus den völlig unterschiedlichen Reichen der Pilze und Samenpflanzen wechselt“, erklärt Lutz.
Zwei Sporensorten von einem Pilz
Er hat daher Infektionsversuche gemacht und den Entwicklungsgang, der Tuberculina und Helicobasidium verbindet, „astrein“ nachvollzogen, wie Robert Bauer sagt. „Die violette Wurzelfäule ist das ganze Jahr über da, bildet aber nur für kurze Zeit Sporen. Die Sporenbildung korreliert mit dem Auftreten der ersten Rostpilze Ende März, zum Beispiel auf Buschwindröschen“, erklärt Robert Bauer. Er findet es phantastisch, wie gut die Entwicklungszyklen der Pilze aneinander angepasst sind.
„Nur wenn der Rostpilz sich im Frühjahr auf sexuelle Fortpflanzung einstellt, kann er von den Helicobasidium-Sporen befallen werden.“ Auf dem Rostpilz wachsend kann Tuberculina eine andere Sorte Sporen bilden, um weitere Rostpilze zu infizieren. „Diese Sporen können jedoch keine Pflanzen infizieren. Dafür muss Tuberculina wahrscheinlich so genannte Sklerotien bilden“, erklärt Robert Bauer.
Sklerotien sind feste, knollige Hyphenverbände, die wiederum auch der Ausbreitung des Pilzes dienen. Dieser Schritt, so Bauer, sei jedoch noch nicht vollkommen aufgeklärt. Die Sklerotien wiederum können Pflanzenwurzeln infizieren und dort die violette Wurzelfäule hervorrufen – damit wäre der Lebenszyklus geschlossen.
Entwicklungsgang der besonderen Art
Doch wie kommt ein Pilz zu einem solch merkwürdigen Entwicklungsgang?
„Rostpilze sind in der Regel Pflanzenparasiten. Warum ist die eng verwandte Tuberculina daneben nun auch ein Pilzparasit, den es sonst in der Gruppe nicht gibt?“, haben sich die Tübinger Pilzforscher gefragt. Um eine interessante Hypothese sind sie nicht verlegen.
„Eine einmalige Interaktion ist das Verschmelzen der Hyphen von Tuberculina und dem Rostpilz mit dem Zellkernaustausch. Zweitens sehen die Lager, aus denen Sporen abgeschnürt werden, von Tuberculina ähnlich aus wie bei den Rostpilzen. Und dann passiert die Infektion nur im Stadium der Haplophase, wenn der Rostpilz eigentlich auf sexuelle Fortpflanzung eingestellt ist“, zählen sie auf.
„Wir glauben, dass es sich bei dem Infektionsprozess um eine uminterpretierte Sexualfunktion handeln könnte. Tuberculina macht sich an den Rostpilz heran und dieser macht keine Anstalten, den Eindringling abzuwehren. Der Sexualvorgang scheint eingeleitet zu werden, wird aber dann abgewandelt; statt Sex parasitiert Tuberculina auf dem Rostpilz“, erklärt Matthias Lutz. Er will nun versuchen, diese Hypothese mit weiteren Infektionsversuchen
zu untermauern.
(Universität Tübingen, 11.01.2005 – NPO)
