Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Entschlüsselt: Das Genom des Maisbrandpilzes Ustilago maydis

02.11.2006
Vorgetäuschte Harmonie: Wie ein Schädling seine Wirtspflanze von seiner Harmlosigkeit überzeugt - Erste Genomsequenz eines biotrophen Pflanzenschädlings in Nature veröffentlicht - Bislang unbekannte Strategie der Pflanzeninfektion

Nur wenigen pilzlichen Pflanzenschädlingen gelingt es, sich in einer Wirtspflanze zu vermehren, ohne dass diese zu Abwehrmechanismen greift. Ein wichtiger Vertreter dieser Pilze ist der weltweit verbreitete Maisbrandpilz Ustilago maydis, der zudem als wichtiger Modellorganismus gilt, an dem sich die molekularen Mechanismen der Pathogenität untersuchen lassen.

Doch wie lässt sich das erfolgreiche Vorgehen von Ustilago maydis erklären? Überraschende Einsichten in die Geheimnisse seiner Infektionsstrategie erlaubt nun eine internationale Gemeinschaftsarbeit, an der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Marburger Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie (MPI Marburg) und des Fachbereichs Biologie der Philipps-Universität Marburg maßgeblich beteiligt waren. Dabei haben die Forscher die komplette Genomsequenz von Ustilago maydis entschlüsselt und daraus Hinweise auf einen neuartigen Infektionsmechanismus erhalten.

Unter dem Titel "Insights from the genome of the biotrophic fungal plant pathogen Ustilago maydis" wurden ihre Ergebnisse am 2. November im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht (Nature, 2 November 2006, 443 (7115)).

Nur scheinbar harmlose Strategie

Anders als viele pflanzenpathogene Mikroorganismen, die die befallene Pflanze umbringen und sich von dem abgestorbenen Pflanzenmaterial ernähren, bevorzugt Ustilago eine scheinbar harmlosere Strategie. Er vermehrt sich in den Blättern und Blüten der Maispflanze, ohne dass es zu einer Abwehrreaktion der Pflanze kommt. Auf noch unbekannte Weise löst der Pilz dabei die Bildung großer Wucherungen aus, so genannter Gallen, in denen er von der Pflanze mit Nährstoffen versorgt wird. Diese Gallen sind das auffälligste Symptom befallener Maispflanzen und können eine beträchtliche Größe erreichen (s. Abbildung).

Auf den ersten Blick verriet die Genomsequenz den Forschern allerdings nicht, warum Ustilago über eine so effiziente Weise der Infektion verfügt. Auffällig war lediglich, dass sich in seinem Genom nur relativ wenige jener Gene finden, wie sie andere pilzliche Pflanzenerreger nutzen: Solche Gene kodieren für Toxine oder für Enzyme, die Zellwände abbauen und auf diese Weise ihre Wirte schädigen oder sogar abtöten.

Bislang unbekannte Strategie der Pflanzeninfektion

Eine überraschende Erkenntnis brachte erst die sorgfältige Analyse der Genomsequenz. An mehreren Stellen im Genom von Ustilago fanden sich insgesamt 12 Gencluster; die darin enthaltenen Gene wiederum kodieren für Proteine, die der Pilz durch seine Zellmembranen nach außen abgibt. Nahezu alle diese Gene, so ergab eine genomweite Analyse der Genexpression mit Hilfe von DNA-Mikroarrays, werden im Verlauf der Infektion angeschaltet. Mehr noch: Einige dieser Gencluster, so fanden die Forscher durch gezielte Mutationen heraus, sind für die Infektion unerlässlich. Fehlen sie, bleibt die Pilzinfektion im Anfangsstadium stecken.

"Wir nehmen an, dass es sich bei diesen sezernierten Proteinen um die entscheidenden Komponenten einer bislang völlig unbekannten Strategie der Pflanzeninfektion handelt", sagt Professor Dr. Regine Kahmann, Direktorin am Marburger MPI und zugleich Professorin für Genetik am Fachbereich Biologie der Philipps-Universität. Mit Hilfe der abgesonderten Proteine gelinge es dem Pilz vermutlich, "die Wirtspflanze von seiner Harmlosigkeit zu überzeugen": Der Erreger kann sich nun ungestört in der Pflanze ausbreiten und wird von ihr sogar mit Nährstoffen versorgt. "Anscheinend ist es diese Strategie einer 'vorgetäuschten Harmonie', die die biotrophen Pilze so erfolgreich macht", so die Genetikerin weiter. Biotrophe Erreger sind solche, die nur auf lebenden Wirtszellen gedeihen können. Im Laufe der Evolution haben sich biotrophe Pilze zu einer Vielzahl von Arten entwickelt, die zahlreiche unterschiedliche Pflanzen befallen.

Allerdings kann man sogar darüber streiten, ob es sich bei diesem Pilz überhaupt um einen Schädling handelt. Immerhin gelten die mit Ustilago infizierten Maiskolben in Mexiko, dem Herkunftsland des Maises, als hochgeschätzte Delikatesse. In der Mythologie der Azteken nimmt Ustilago sogar den Platz des Nektars ein: Der altmexikanische Name für den Maisbrandpilz, "huitlacoche" oder auch "cuitlacoche", bedeutet "Speise der Götter".

Rund achtzig Autoren beteiligt

Die jetzt veröffentlichte Nature-Publikation wird von über achtzig Autoren verantwortet. Erstautor ist Professor Dr. Jörg Kämper vom MPI Marburg, Zweitautorin (und Initatorin des Projekts) ist Professor Dr. Regine Kahmann, Drittautor ist der Genetiker Professor Dr. Michael Bölker vom Fachbereich Biologie der Philipps-Universität.

Ein weiteres Ergebnis des Forschungsprojekts ist eine Datenbank, die seit kurzem auf einer eigens eingerichteten Webseite des Munich Information Center for Protein Sequences (MIPS) unter http://mips.gsf.de/genre/proj/ustilago öffentlich zugänglich ist. Mit finanzieller Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und der Max-Planck-Gesellschaft hat die Arbeitsgruppe um Professor Dr. Hans-Werner Mewes vom GSF - Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt bei München die Genomsequenz sorgfältig annotiert, also die rund 7.000 Gene von Ustilago maydis identifiziert und mit funktionellen Beschreibungen versehen. Diese aufwändige Arbeit, die teils manuell und teils automatisiert vonstatten ging, kann nun entscheidende Unterstützung bei weiteren Forschungen leisten.

Kontakt

Professor Dr. Jörg Kämper: Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, Karl-von-Frisch-Straße, 35043 Marburg

Tel.: (06421) 178-630, E-Mail: kaemper@mpi-marburg.mpg.de

Professor Dr. Regine Kahmann: Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, Karl-von-Frisch-Straße, 35043 Marburg

Tel.: (06421) 178501, E-Mail: kahmann@mpi-marburg.mpg.de

Professor Dr. Michael Bölker: Philipps-Universität Marburg, Fachbereich Biologie, Karl-von-Frisch-Straße 8, 35032 Marburg

Tel.: (06421) 28 21536, E-Mail: boelker@staff.uni-marburg.de

Thilo Körkel | idw
Weitere Informationen:
http://mips.gsf.de/genre/proj/ustilago
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Biologie Genom Genomsequenz Maisbrandpilz Pflanze Protein Ustilago

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wegbereiter für Vitamin A in Reis
21.07.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Pharmakologie - Im Strom der Bläschen
21.07.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten