Gencode der Pilz-Parasiten

Die Sporen des Mais-Kopfbrandpilzes, auch Sporisorium reilianum genannt, können eine schreckliche Wirkung entfalten: Sie befallen ihre Wirtspflanzen Mais und Hirse, indem sie ins Innere der Pflanzenzellen eindringen und dort die Genregulation verändern.

Auf diese Weise schalten sie zunächst das Abwehrsystem aus und infizieren die Pflanze dann vollständig. Die feindliche Übernahme bleibt von außen unbemerkt; die befallene Pflanze scheint völlig gesund zu sein.

Erst in der Blütezeit macht sich die Krankheit bemerkbar: Wo normalerweise Mais- oder Hirsekörner wachsen, bilden sich nun große Mengen an Pilzsporen. „Brandpilze sind biotrophe Pilze, d. h. sie nutzen lebendige Pflanzen, um sich zu vermehren“, erklärt Prof. Dr. Jan Schirawski. Er ist neuer Professor für Genetik an der Friedrich-Schiller-Universität Jena und hat sich auf das Erbgut der Brandpilze spezialisiert.

Suche nach der Schlüsselsequenz im Erbgut

„Brandpilze zeichnen sich vor allem durch ein sehr enges Wirtsspektrum aus“, erklärt Schirawski. „Zumeist befallen sie eine ganz bestimmte Pflanzenart, in seltenen Fällen zwei oder drei.“ Das gilt auch für den Mais-Kopfbrandpilz. Zwar kann er als Art sowohl Mais als auch Hirse infizieren, doch bisher ist kein einziger Stamm bekannt, der beides gleich gut beherrscht.

Mit seiner Forschung will Schirawski herausfinden, warum die einzelnen, genetisch sehr ähnlichen Stämme bei der Wahl ihrer Wirtspflanze so wählerisch sind. „Wir konnten das Genom des Mais-Kopfbrandpilzes bereits vollständig entschlüsseln, haben aber die entscheidende Gensequenz noch nicht identifiziert“, sagt der aus dem Rheinland stammende Genetik-Experte. Das liegt vor allem daran, dass schon ein winziger Unterschied – z. B. eine vertauschte Aminosäure – den Ausschlag dafür geben könnte, dass sich ein Pilz einen anderen Wirt sucht.

Auf der Suche nach Antworten experimentiert Schirawski mit Hybriden. Er kreuzt Mais- und Hirse-befallende Pilzerreger miteinander und erzeugt so zahlreiche Nachkommen, von denen jeder neue Erreger einen anderen Teil des Genoms der Elterngeneration in sich trägt. Dann trennt er die infektiösen von den nicht-infektiösen Nachkommen und sucht innerhalb der jeweiligen Gruppe nach genetischen Gemeinsamkeiten.

„Mit dieser Methode konnten wir eine vielversprechende Region von 50 Genen isolieren, aber das sind immer noch zu viele Kandidaten“, so Schirawski. Um die Suche weiter einzugrenzen, will er im nächsten Schritt die isolierte Genregion des Hirse-infizierenden Pilzes durch den entsprechenden Genomabschnitt des Mais-infizierenden Pilzes ersetzen – und dann die Ansteckungsfähigkeit erneut überprüfen.

Möglicher Evolutionssprung vor Millionen von Jahren

Die Grundlagenforschung, die Prof. Schirawski leistet, kommt der Landwirtschaft zugute. Zwar ist der Mais-Kopfbrandpilz hierzulande nicht sehr weit verbreitet, weil größtenteils behandeltes Saatgut eingesetzt wird. In ärmeren und wärmeren Ländern, z. B. in Mexiko, breitet er sich hingegen immer weiter aus und sorgt für Ernteausfälle. Auch in der Biolandwirtschaft könnte der Parasit zum Problem werden.

Eine mögliche Gefahr besteht darin, dass er mutiert und weitere Pflanzenarten befällt. Schirawski glaubt, dass dies in der Vergangenheit, vermutlich vor vielen Millionen Jahren, schon einmal passiert ist: „Wir nehmen an, dass der Mais-Kopfbrandpilz einmal ein reiner Krankheitserreger von Hirse gewesen ist, der im Laufe der Evolution auf den Mais übergesprungen ist.“

Jan Schirawski studierte Chemie an der Universität Düsseldorf und promovierte anschließend an der Universität Mainz über die Regulation des Elektronentransportes einer bestimmten Bakteriengattung. Nach Auslandsaufenthalten in Frankreich und Irland forschte er ab 2001 am Max-Planck-Institut für Terrestrische Mikrobiologie in Marburg erstmals zu Pilz-Pflanzen-Interaktionen.

Diese Forschungen führte er als Professor an der Uni Göttingen und der RWTH Aachen fort, bevor er nun an die Universität Jena wechselte. „Jena ist eine junge und lebendige Stadt, in der man sich schnell heimisch fühlen kann“, findet der passionierte Ruderer, der sowohl im Universitätssportverein als auch im Jenaer Kanu- und Ruderverein aktiv ist.

Prof. Dr. Jan Schirawski
Matthias-Schleiden-Institut der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Philosophenweg 12, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949555
E-Mail: jan.schirawski[at]uni-jena.de