Zweck-Ehe mit einem Pilz

Dank einem Pilz erhöht sich in der Arzneipflanze Spitzwegerich die Konzentration des Abwehrstoffs Catalpol. Das haben Biologinnen und Biologen der Universität Bielefeld in einer Studie festgestellt, die am heutigen Donnerstag (22.5.2014) veröffentlicht wird.

Zu lesen ist sie in dem Wissenschaftsjournal „Nature Communications“. Der erhöhte Gehalt an Catalpol verschafft der Pflanze einen verbesserten Schutz vor Fraßfeinden. In der Studie hat sich das Forscherteam mit arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen befasst. Diese sind dafür bekannt, dass sie sich in den Wurzeln von Landpflanzen einnisten. Den Pflanzen nützt das, weil der Pilz ihnen Nähr- und Mineralstoffe verschafft. Doch wirkt sich die Zweck-Ehe mit dem Pilz auf alle Pflanzen gleich aus? Das haben die Forscherinnen untersucht.

Mit mehr als vier Fünfteln aller Landpflanzen ist der Pilz verbunden. Bislang war unklar, ob diese Symbiose auf alle Pflanzen die gleiche Wirkung ausübt. „Irrtümlich wurden bislang die an bestimmten Pflanzenarten gewonnenen Erkenntnisse auf andere Pflanzenarten übertragen. Doch so einfach ist es nicht“, sagt die Bielefelder Professorin Dr. Caroline Müller, die die Arbeitsgruppe Chemische Ökologie leitet. Ihre Arbeitsgruppe hat entdeckt, dass nicht alle Pflanzen gleich auf den Pilz reagieren. „Das gilt sogar für Pflanzenarten, die eng miteinander verwandt sind“, sagt Müller.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben fünf Pflanzenarten analysiert und geprüft, welche Stoffe in deren Blättern zu- oder abnehmen, wenn ihre Wurzeln mit dem Pilz infiziert sind. Sie haben so den Stoffwechsel (Metabolismus) in den Pflanzen untersucht.

Dass der Pilz im Spitzwegerich den Gehalt an Catalpol erhöht, war nur ein Teilergebnis der Studie. Im Gamander-Ehrenpreis ändert sich durch den Pilz die Konzentration an Catalpol hingegen kaum. In den anderen Pflanzenarten kommt der Abwehrstoff grundsätzlich nicht vor und das ändert sich auch durch die Verbindung mit dem Pilz nicht. 

Einen auffälligen Unterschied stellten die Forscherinnen und Forscher in der Konzentration an Zitronensäure und chemisch verwandten Verbindungen fest. Waren die Pflanzen mit dem Pilz infiziert, so nahmen die Konzentrationen bei Spitzwegerich, Breitwegerich, Gamander-Ehrenpreis und Schneckenklee stark ab. Im einjährigen Rispengras stiegen sie hingegen tendenziell an.

Für ihre Studie trockneten und zerrieben die Forscher Blätter der fünf Pflanzenarten. Das Pulver jeder Pflanze behandelten sie dann mit Lösungsmittel. Schließlich analysierten sie die gewonnenen flüssigen Proben mithilfe von Geräten, die die Konzentrationen der einzelnen Inhaltsstoffe messen. Mit rechenstarken Computern werteten sie die Daten aus und verglichen sie. „Für jede der Pflanzen bekamen wir so einen metabolischen Fingerabdruck“, sagt Müller.

Bei ihren Analysen fanden die Wissenschaftler heraus, dass alle getesteten Pflanzen eins gemeinsam hatten: „Wenn sie mit dem Pilz in Symbiose waren, erhöhte sich bei allen der Gehalt an Phosphor in den Blättern“, sagt die Biologin Rabea Schweiger, die für die Studie Tausende von Zahlenwerten verglichen hat. Doch auch in diesem Fall zeigte sich, dass jede Pflanzenart nach eigenen Regeln funktioniert: „Spannend war, dass der Stoffwechsel jeder Pflanzenart jeweils ganz anders auf den Pilz und die pilzvermittelte höhere Phosphor-Dosis reagiert hat“, sagt Schweiger.

Originalveröffentlichung:
Rabea Schweiger, Markus Baier, Marcus Persicke, Caroline Müller: High specificity in plant leaf metabolic responses to arbuscular mycorrhiza. Nature Communications, http://dx.doi.org/10.1038/ncomms4886, online erschienen am 22. Mai 2014.

Kontakt:
Prof. Dr. Caroline Müller, Universität Bielefeld
Fakultät für Biologie
Telefon: 0521 106-5524
E-Mail: caroline.mueller@uni-bielefeld.de

Rabea Schweiger, Universität Bielefeld
Fakultät für Biologie
Telefon: 0521 106-5536
E-Mail: rabea.schweiger@uni-bielefeld.de

http://www.uni-bielefeld.de/biologie/ChemOekologie/index.html