Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Unterschiede im Erbgut von Pflanzenschädlingen

13.08.2012
Lebensweise entscheidet auch bei nahe verwandten Arten über Genausstattung und wie sie eingesetzt wird

Vielen Nutzpflanzen macht Pilze der Gattung Colletotrichum zu schaffen. Meistens schonen diese nach dem ersten Befall die Pflanzenzellen. Einige der 680 verschiedenen Arten legen diese Zurückhaltung aber sehr schnell ab: Während manche alle weiteren Pflanzenzellen vernichten, über die sie herfallen, zerstören andere nur einen Teil der Zellen.

Wissenschaftler um Richard O’Connell und Jan Kleemann vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln und Lisa Vaillancourt von der Universität Kentucky in Lexington haben die genetischen Grundlagen dieser beiden Strategien untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Lebensweise darüber entscheidet, wie das Erbgut der Pilze zusammengesetzt ist und wann die einzelnen Gene abgelesen werden. Darüber hinaus entdeckten sie eine bisher unbekannte Struktur beim Haftorgan der Pilze.

Der Pilz Colletotrichum löst die Krankheiten Stängelfäule und Blattfleckenkrankheit aus und wird durch Wind, Regen und Spritzwasser übertragen. Der ökonomische Schaden der durch diese Pilze entsteht geht in die Milliarden. Einige Arten machen sich über viele verschiedene Pflanzen her, andere sind sehr wählerisch und befallen nur eine Wirtspflanze. Die von O’Connell und seinen Kollegen untersuchten Arten unterscheiden sich in ihrer Lebensweise und ihrer Wirtspezifität.

Die eine untersuchte Art befällt bevorzugt Kreuzblütler, zu denen auch die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) gehört, eine wichtige Modellpflanze. Dieser Arabidopsis-Pilz stellt seinen Stoffwechsel schon nach wenigen Stunden auf die vollständige Vernichtung der Pflanzenzellen um. Bei ihm sind Koexistenz und Zerstörung zeitlich getrennt. Der zweite untersuchte Pilz ist auf Mais spezialisiert. Er produziert in einem Teil der Pflanze Proteine für die symptomfreie Koexistenz, in einem anderen Teil Proteine für die Zersetzung und Ausbeutung der Pflanzenzellen. Bei ihm ist die Trennung nicht zeitlich, sondern räumlich.

Die Forscher haben in ihrer Untersuchung sowohl das Genom als auch das Transkriptom der Pilze analysiert. „Das Transkriptom offenbart, welche Gene zu welchem Zeitpunkt abgelesen werden. Es sind schon einige Pilzgenome entschlüsselt worden, aber nie mit derart detaillierten Informationen darüber, ob und wann diese Gene auch tatsächlich verwendet werden“, sagt O’Connell. Beide Genome haben beispielsweise ähnlich viele Gene für Hemizellulasen, mit denen die pflanzliche Zellwand angriffen wird. Aber der Mais-Pilz benutzt viel mehr davon, weil seine Wirtspflanze mehr Hemizellulose in der Zellwand produziert als die Pflanzen, die der Arabidopsis-Pilz befällt. „Aus der puren Anzahl der im Genom hinterlegten Gene hätte man diesen Unterschied nicht ablesen können. Für diese Information braucht man die Daten zum Transkriptom“, so O‘Connell.

Auch die Menge an Basenpaaren im Genom ist bei beiden Pilzen ähnlich. Allerdings hat der Arabidopsis-Pilz in diesen Basenpaaren mehr Gene untergebracht als der Mais-Pilz, vermutlich wegen des unterschiedlichen Wirtsspektrums. Wer nur eine Pflanze befällt, braucht weniger Gene als jemand, der viele verschiedene Pflanzen als Wirte nutzt. Das gilt auch für die Zahl der sogenannten Effektorgene. Effektoren sind Proteine, mit denen sich der Pilz vor den Verteidigungsangriffen der Pflanze schützt.

Bei beiden fällt zudem die große Zahl an Genen, für die Bildung sekundärer Stoffwechselprodukte auf. Das sind Substanzen, die den Pilzen bei der Infektion dienlich sind. „Wir kennen keinen anderen phytopathogenen Pilz, die so viele sekundäre Stoffwechselprodukte herstellen“, sagt Jochen Kleemann vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung, der zusammen mit weiteren Kollegen an der Arbeit beteiligt war. „Die Gene für diese Produkte werden schon sehr früh in der Infektion abgelesen und sind damit möglicherweise auch interessante Angriffspunkte für den Pflanzenschutz. Dazu müssen wir aber noch besser verstehen, was die Pilze damit machen“, so Kleemann weiter.

Darüber hinaus entdeckten die Wissenschaftler eine bisher unbekannte Funktion beim Haftorgan der Pilzsporen, dem Appressorium. Das Appressorium entsteht, nachdem eine Pilzspore auf der Oberfläche eines Blattes gelandet ist und baut einen so hohen Druck auf, dass sich der Pilz ins Innere der Pflanzenzelle hineinpresst wie ein Finger in einen aufgeblasenen Luftballon.

„Das Haftorgan liest auf einer Plastikoberfläche ganz andere Gene ab als auf einem Blatt. Es muss also irgendwie registrieren können, wo es sich befindet“, sagt O’Connell. Das Haftorgan sei damit nicht nur der Türöffner in die Pflanzenzelle, sondern auch der Sensor für den richtigen Standort. „Die Appressorien sind vor fast 130 Jahren entdeckt worden, dass sie auch eine Sensorfunktion haben, ist erst durch unsere Forschungsarbeiten klar geworden“, so Kleemann.

Ansprechpartner

Richard O'Connell
Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung
Telefon: +49 221 5062-311
Email: oconnel@­mpipz.mpg.de
Dr. Jochen Kleemann
Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung
Telefon: +49 221 5062-318
Email: kleemann@­mpipz.mpg.de
Christiane Wojtera
Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung
Telefon: +49 221 5062-101
Fax: +49 221 5062-113
Email: wojtera@­mpipz.mpg.de
Originalveröffentlichung
Richard J O’Connell et al.
Lifestyle transitions in plant pathogenic Colletotrichum fungi deciphered by genome and transcriptome analyses

Nature Genetics, 12. August 2012, DOI: 10.1038/ng.2372

Richard O'Connell | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/5982691/erbgut_pflanzenschaedlinge

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Hemmung von microRNA-29 schützt vor Herzfibrosen
20.11.2017 | Technische Universität München

nachricht Satellitenbilder zur Erfassung von Biodiversität nur bedingt tauglich
20.11.2017 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

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: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

500 Kommunikatoren zu Gast in Braunschweig

20.11.2017 | Veranstaltungen

VDI-Expertenforum „Gefährdungsanalyse Trinkwasser"

20.11.2017 | Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Künstliche neuronale Netze: 5-Achs-Fräsbearbeitung lernt, sich selbst zu optimieren

20.11.2017 | Informationstechnologie

Tonmineral bewässert Erdmantel von innen

20.11.2017 | Geowissenschaften

Hemmung von microRNA-29 schützt vor Herzfibrosen

20.11.2017 | Biowissenschaften Chemie