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PUBLIC RELEASE DATE: 14-Nov-2006

Mit den subtilen Waffen eines Pilzes

Eine internationale Forschergruppe hat Gene identifiziert, die dem Erreger des Maisbeulenbrandes ein Leben als Parasit ermöglichen



Abb.: Mais als Pilzwirt: Ustilago maydis verursacht den Maisbeulenbrand. Ein internationales Forscherteam um Biologen des Max-Planck-Instituts fr terrestrische Mikrobiologie hat jetzt Gene des Pilzes identifiziert, die an der Infektion der Pflanze beteiligt sind.
Bild: Christoph Basse

Es sieht schon unappetitlich aus: Wenn Ustilago maydis eine Maispflanze befllt, tragen deren Kolben keine knackigen Krner, sondern monstrse Beulen. Ein wirksames Mittel gegen den Erreger des Maisbeulenbrandes gibt es bislang nicht. Bei der Suche danach ist ein internationales Team von Biologen nun jedoch einen groen Schritt weitergekommen. Angefhrt von Forschern des Max-Planck-Instituts fr terrestrische Mikrobiologie in Marburg haben die Wissenschaftler das Genom von U. maydis analysiert. Dabei haben sie unter den 7000 Genen des Pilzes einige gefunden, mit denen dieser auf Kosten seiner Wirtspflanze lebt - ohne sie zu tten. Mglicherweise helfen diese Gene dem Pilz auch, die Abwehr der Pflanzen zu umgehen. Forscher hoffen nun, diese Erkenntnisse auf andere Pilze zu bertragen, die wie Ustilago maydis auf lebende Pflanzen angewiesen sind. (Nature, 2. November 2006).

In Mexiko gelten die Gallen von Ustilago maydis als Delikatesse. Den Landwirten in den meisten anderen Lndern sind die Geschwlste, die sich an Maiskolben entwickeln, jedoch ein rgernis. Der Pilz ist zwar nicht giftig, weshalb infizierte Maispflanzen problemlos als Viehfutter verwendet werden knnen, fr Maismehl oder als Popcorn taugen die Beulen aber nicht. Vor allem die US-amerikanische Landwirtschaftsbehrde bemht sich seit langem, gegen den Pilz vorzugehen - bislang vergebens.

Ein Team von knapp 80 Wissenschaftlern aus der ganzen Welt ist dabei jetzt ein gutes Stck vorangekommen. Die Forscher untersuchten das Genom des Pilzes, um herauszufinden, wie dieser die Pflanze schdigt. Dabei haben sie eine Vielzahl von Genen identifiziert, die Bauplne fr sekretierte Proteine enthalten. Solche Proteine scheidet der Pilz aus. Einige dieser Gene liegen im Genom an benachbarten Orten - sie bilden Cluster. Das ist ein Hinweis darauf, dass sie an ein und demselben Prozess mitwirken knnten.

"Wenn sie nicht in Clustern vorliegen wrden, htten wir sie vermutlich auch nicht gefunden", sagt Jrg Kmper, der die Arbeit der Forscher als wissenschaftlicher Mitarbeiter des Max-Planck-Instituts fr terrestrische Mikrobiologie koordinierte: "Das ist wie bei einem Getreidefeld auf dem 200 Kornblumen wachsen: Sind sie ber das Feld verstreut, fallen sie nicht auf. Stehen sie aber dicht beisammen, sind sie leicht zu identifizieren."

"Ermglicht haben unsere Arbeit drei sehr gute Sequenzierungen", sagt Jrg Kmper. Wie sich die Bausteine der DNA im Ustilago-Erbgut aneinander reihen, hatten nmlich sowohl die Unternehmen Bayer CropScience als auch Exelixis (USA) bestimmt. Zustzlich hat das Broad Institute (USA) Ustilago im Rahmen der Fungal Genome Initiative seqenziert. "Um die Sequenz des Genoms auszuwerten, haben wir die gesamte Ustilago-Community zusammengebracht", sagt Kmper: "Jeder hat sich um Gene fr bestimmte zellulre Prozesse gekmmert."

Die Marburger Wissenschaftler konzentrierten sich auf Gene, die eine Rolle bei der Infektion der Pflanze spielen knnten. Und sie sind bei den Clustern der sekretierten Proteine fndig geworden. Denn die Aktivitt der Gene nimmt zu, sobald der Pilz eine Pflanze infiziert. "Das deutet darauf hin, dass es sich bei den sekretierten Proteinen um Effektoren handeln knnte, die die Interaktion des Pilzes mit der Pflanze steuern", sagt Regine Kahmann, Direktorin am Marburger Max-Planck-Institut. Um diesen Verdacht zu erhrten, hat ihre Arbeitsgruppe in verschiedenen Experimenten jeweils einen dieser zwlf Cluster aus dem Genom entfernt. Dabei zeigte sich, dass vier der Cluster unerlsslich dafr sind, dass der Pilz seine volle schdliche Wirkung entfalten kann. Eines der Gen-Cluster hilft U. maydis aber offenbar, die eigene Aggressivitt zu zgeln. Denn der Pilz schdigte seinen Wirt sogar strker, wenn die Wissenschaftler dieses Gen-Ensemble ausschalteten.

Dem Wirt nicht zu sehr zuzusetzen, macht fr den Pilz auch Sinn. Denn Ustilago maydis ist auf die lebende Pflanze angewiesen, um sich fortzupflanzen. Dass der Pilz seinen Wirt mglichst schont, sieht man auch schon an der Zahl der pilzlichen Enzyme, die die Zellwand der Pflanze abbauen knnen: Ustilago hat davon gerade mal 33; Pilze, die ihre Wirte einfach auffressen, weit mehr als 100.

Ustilago maydis stellt zwar kein gravierendes Problem beim Maisanbau dar, hat sich jedoch in den letzten Jahren zu einem Modell fr andere biotrophe Pilze entwickelt, von denen viele mit Ustilago maydis verwandt sind. Und diese Gruppe von Pilzen, zu denen auch die Rostpilze gehren, macht Landwirten in der ganzen Welt sehr zu schaffen. Das Erbgut der meisten dieser Pilze knnen Biologen jedoch nicht gezielt im Labor verndern. "Unsere Erkenntnisse ber Ustilago maydis lassen sich hoffentlich auf die Gruppe dieser Pilze bertragen", sagt Kmper.

Nun wollen die Wissenschaftler herausfinden, welche Funktion die sekretierten Proteine haben. "Erstaunlichweise hnelt kaum eines dieser Proteine einem bekannten Proteinen aus einem anderen Organismus", sagt Kahmann. Sie und ihre Kollegen vermuten, dass es der Pilz ber diese Proteine die Abwehrmechanismen der Pflanze austrickst. Dabei knnten die Proteine entweder ein biochemisches Deckmntelchen bilden, das zur Tarnung dient, um unerkannt an der Abwehr vorbeizuschlpfen. Alternativ knnten die sekretierten Proteine die Abwehr aktiv unterdrcken. Sicher ist, dass die Gencluster dabei eine ganz entscheidende Rolle spielen - nun wollen die Forscher herausfinden, welche.

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