Wichtigste Erkenntnis der Forschungsgruppe um Dr. Armin Djamei: Der Erreger des Maisbeulenbrands Ustilago maydis zweckentfremdet dazu ein Programm der Pflanze für die Bildung von Seitenwurzeln. “Wir wussten, dass Ustilago hunderte Eiweiße produziert, die den Mais manipulieren. Eine Gruppe dieser Eiweiße sind die sogenannten Tip-Effektoren”, so Djamei in einer Mitteilung der Hochschule.
Pilzgene in Pflanzenerbgut eingefügt
Die Wissenschaftler fügten die Pilzgene mit den Bauanleitungen für die Tip-Effektoren in das Genom der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) ein. Die Pflanze produzierte danach Eiweiße, die normalerweise der Pilz herstellt. Auf diese Weise lässt sich herausfinden, was diese Moleküle genau bewirken. Die genetisch veränderten Pflanzen zeigten an ihren Wurzeln charakteristische Auffälligkeiten, so Dr. Mamoona Khan, die einen großen Teil der Experimente durchgeführt hat. “Sie bildeten dort sogenannte Kalli, also Gewebe, dessen Zellen sich sehr rasch vermehren. Diese Kalli wiederum bestehen aus pflanzlichen Stammzellen, die normalerweise bei der Bildung der Seitenwurzeln aktiviert werden und sich dann zu teilen beginnen.” Mit genetischen Versuchen in Mais und weiteren Analysen konnten die Forscher zeigen, dass diese Entdeckung sehr wahrscheinlich auch für den natürlichen Wirt von Ustilago maydis gilt.
Zweckentfremdetes Wurzelprogramm
“Ustilago scheint also ein Programm für die Seitenwurzelbildung zu kapern, um in den Mais-Blättern die Zellteilungsaktivität zu erhöhen und so Gallen zu erzeugen”, heißt es weiter. Andere Ergebnisse bekräftigten diese Hypothese. So wies das Team nach, dass Tip-Effektoren die Bildung verschiedener Transkriptionsfaktoren regulieren. Diese wiederum entscheiden darüber mit, welche Erbanlagen in welcher Menge abgelesen werden. Man kenne zudem die Transkriptionsfaktoren, die für die Bildung der Seitenwurzeln hochreguliert werden müssen. Die Forscher haben diese Faktoren in Mais so verändert, dass sie nicht mehr funktionierten. Die entsprechenden Pflanzen entwickelten daraufhin nach einer Infektion mit Maisbeulenbrand nur noch sehr kleine Gallen. “Außerdem haben wir verglichen, welche Gene in normalen Maispflanzen in den Gallen und in sich bildenden Seitenwurzeln aktiv sind”, erklärt Khan. “Dabei fanden wir große Übereinstimmungen, die sich nicht durch Zufall erklären lassen.”
Nutzen für die Züchtung resistenterer Sorten
Der Erreger des Maisbeulenbrands produziert im Gegensatz zu manchen verwandten Arten keine Toxine, der befallene Mais lässt sich also problemlos an Tiere verfüttern. Unter den Brandpilzen, zu denen auch Ustilago zählt, gibt es aber einige wichtige Schädlinge, betont Djamei: “Wenn wir die Infektionsmechanismen besser verstehen, kann das eventuell zur Züchtung von Nutzpflanzensorten beitragen, die gegen diese Erreger resistent sind.”