Von der symbiotischen Gemeinschaft profitieren beide: Von ihren Wirtspflanzen holen sich die Arbuskulären Mykorrhiza-Pilze (AM-Pilze) Kohlehydrate aus der Fotosynthese, dafür versorgen sie diese mit Stickstoff oder Phosphat. Nährstoffe, die für die Pflanze schwer zugänglich sind. Pflanzenpathogene, also krank machende Pilze schädigen dagegen ihre Wirtspflanze. Wie es Pflanzen gelingt, zwischen „Freund“ und „Feind“ zu unterscheiden, hat ein Team des Botanischen Instituts am KIT untersucht. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Current Biology“ erschienen.
Seit Millionen von Jahren geschieht es direkt unter dem Boden: das Wechselspiel zwischen Pilzen und Pflanzen. Dank der mikroskopisch kleinen Organismen, den arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen (AM-Pilzen), gedeiht die Pflanze, ihr Wachstum verbessert sich. Pflanzenpathogene Pilze sind die „bösen Brüder“ dieser AM-Pilze: Sie vermehren sich auf Kosten ihres Wirtes, schädigen die Pflanze oder töten sie sogar. Wie gelingt es der Pflanze zwischen Freund und Feind zu unterscheiden? Warum gibt es bei der Kolonisierung durch die AM-Pilze keine der typischen Abwehrreaktionen der Pflanze, wie sie bei pathogenen Pilzen zu beobachten sind? Diesen Fragen ging die Arbeitsgruppe „Pflanzen-Mikroben-Interaktionen“ um Professorin Natalia Requena am Botanischen Institut des KIT nach. Die Wissenschaftlerinnen konnten zeigen, dass AM-Pilze in der Lage sind, mit ihrem Pflanzenpartner zu kommunizieren. Hierbei wirkt ein vom Pilz abgesondertes Protein als Signalstoff.
Die Forschergruppe konnte so zeigen, dass dieses Protein von den pflanzlichen Zellen aufgenommen wird, in den Zellkernen mit einem Protein der Pflanze interagiert und dadurch das zelluläre Programm des Pflanzenpartners „umschreibt“. Auf diese Weise kann der Pilz die Auslösung von Verteidigungsmechanismen unterdrücken. Moleküle, die eine derartige Umwandlung bewirken, heißen Effektoren. In zahlreichen pathogenen Mikroorganismen wurden solche Proteine bereits entdeckt und in ihrer Funktion erforscht. Jedoch konnte nie zuvor gezeigt werden, dass auch symbiotische Pilze auf diesen Mechanismus zurückgreifen um ihren Wirt zu beeinflussen. Das von Requenas Forschergruppe entdeckte Protein „SP7“ ist somit der bisher einzige für AM-Pilze beschriebene Effektor. Diese Erkenntnis kann zu einem besseren Verständnis dieser nützlichen Symbiose führen und so möglicherweise den Weg für einen verbesserten Einsatz von AM-Pilzen in der nachhaltigen Landwirtschaft ebnen.
„Die Schwierigkeit in der Arbeit mit AM-Pilzen liegt darin, dass die Pilze sich nur zusammen mit ihrem Pflanzenpartner kultivieren lassen. Das macht es schwierig, Pilz-Material in ausreichenden Mengen für die Analyse zu gewinnen“, sagt Silke Kloppholz vom Botanischen Institut. Zudem war es bisher nicht möglich, AM-Pilze genetisch zu manipulieren. Viele molekularbiologische Standardverfahren waren für diese Pilze damit nicht anwendbar. Natalia Requena und ihre Mitarbeiter mussten daher zunächst bestehende Methoden optimieren, um das Pilzmaterial trotz der geringen Menge erfolgreich untersuchen zu können. Zudem nutzen sie Umwege wie die genetische Manipulation des Pflanzenpartners oder andere genetisch zugängliche Pilzen, um mehr über die Funktion des Pilz-Proteins in der Pflanze zu erfahren.
Literatur:
Kloppholz et al., A Secreted Fungal Effector of Glomus intraradices Promotes Symbiotic Biotrophy, Current Biology (2011), doi:10.1016/j.cub.2011.06.044
Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 10 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 22 800 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.