Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit den subtilen Waffen eines Pilzes

03.11.2006
Eine internationale Forschergruppe hat Gene identifiziert, die dem Erreger des Maisbeulenbrandes ein Leben als Parasit ermöglichen

Es sieht schon unappetitlich aus: Wenn Ustilago maydis eine Maispflanze befällt, tragen deren Kolben keine knackigen Körner, sondern monströse Beulen. Ein wirksames Mittel gegen den Erreger des Maisbeulenbrandes gibt es bislang nicht. Bei der Suche danach ist ein internationales Team von Biologen nun jedoch einen großen Schritt weitergekommen. Angeführt von Forschern des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie in Marburg haben die Wissenschaftler das Genom von U. maydis analysiert.


Mais als Pilzwirt: Ustilago maydis verursacht den Maisbeulenbrand. Ein internationales Forscherteam um Biologen des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie hat jetzt Gene des Pilzes identifiziert, die an der Infektion der Pflanze beteiligt sind. Bild: Christoph Basse

Dabei haben sie unter den 7000 Genen des Pilzes einige gefunden, mit denen dieser auf Kosten seiner Wirtspflanze lebt - ohne sie zu töten. Möglicherweise helfen diese Gene dem Pilz auch, die Abwehr der Pflanzen zu umgehen. Forscher hoffen nun, diese Erkenntnisse auf andere Pilze zu übertragen, die wie Ustilago maydis auf lebende Pflanzen angewiesen sind. (Nature, 2. November 2006).

In Mexiko gelten die Gallen von Ustilago maydis als Delikatesse. Den Landwirten in den meisten anderen Ländern sind die Geschwülste, die sich an Maiskolben entwickeln, jedoch ein Ärgernis. Der Pilz ist zwar nicht giftig, weshalb infizierte Maispflanzen problemlos als Viehfutter verwendet werden können, für Maismehl oder als Popcorn taugen die Beulen aber nicht. Vor allem die US-amerikanische Landwirtschaftsbehörde bemüht sich seit langem, gegen den Pilz vorzugehen - bislang vergebens.

... mehr zu:
»Cluster »Gen »Genom »Pflanze »Protein »Wirt

Ein Team von knapp 80 Wissenschaftlern aus der ganzen Welt ist dabei jetzt ein gutes Stück vorangekommen. Die Forscher untersuchten das Genom des Pilzes, um herauszufinden, wie dieser die Pflanze schädigt. Dabei haben sie eine Vielzahl von Genen identifiziert, die Baupläne für sekretierte Proteine enthalten. Solche Proteine scheidet der Pilz aus. Einige dieser Gene liegen im Genom an benachbarten Orten - sie bilden Cluster. Das ist ein Hinweis darauf, dass sie an ein und demselben Prozess mitwirken könnten.

"Wenn sie nicht in Clustern vorliegen würden, hätten wir sie vermutlich auch nicht gefunden", sagt Jörg Kämper, der die Arbeit der Forscher als wissenschaftlicher Mitarbeiter des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie koordinierte: "Das ist wie bei einem Getreidefeld auf dem 200 Kornblumen wachsen: Sind sie über das Feld verstreut, fallen sie nicht auf. Stehen sie aber dicht beisammen, sind sie leicht zu identifizieren."

"Ermöglicht haben unsere Arbeit drei sehr gute Sequenzierungen", sagt Jörg Kämper. Wie sich die Bausteine der DNA im Ustilago-Erbgut aneinander reihen, hatten nämlich sowohl die Unternehmen Bayer CropScience als auch Exelixis (USA) bestimmt. Zusätzlich hat das Broad Institute (USA) Ustilago im Rahmen der Fungal Genome Initiative seqenziert. "Um die Sequenz des Genoms auszuwerten, haben wir die gesamte Ustilago-Community zusammengebracht", sagt Kämper: "Jeder hat sich um Gene für bestimmte zelluläre Prozesse gekümmert."

Die Marburger Wissenschaftler konzentrierten sich auf Gene, die eine Rolle bei der Infektion der Pflanze spielen könnten. Und sie sind bei den Clustern der sekretierten Proteine fündig geworden. Denn die Aktivität der Gene nimmt zu, sobald der Pilz eine Pflanze infiziert. "Das deutet darauf hin, dass es sich bei den sekretierten Proteinen um Effektoren handeln könnte, die die Interaktion des Pilzes mit der Pflanze steuern", sagt Regine Kahmann, Direktorin am Marburger Max-Planck-Institut. Um diesen Verdacht zu erhärten, hat ihre Arbeitsgruppe in verschiedenen Experimenten jeweils einen dieser zwölf Cluster aus dem Genom entfernt. Dabei zeigte sich, dass vier der Cluster unerlässlich dafür sind, dass der Pilz seine volle schädliche Wirkung entfalten kann. Eines der Gen-Cluster hilft U. maydis aber offenbar, die eigene Aggressivität zu zügeln. Denn der Pilz schädigte seinen Wirt sogar stärker, wenn die Wissenschaftler dieses Gen-Ensemble ausschalteten.

Dem Wirt nicht zu sehr zuzusetzen, macht für den Pilz auch Sinn. Denn Ustilago maydis ist auf die lebende Pflanze angewiesen, um sich fortzupflanzen. Dass der Pilz seinen Wirt möglichst schont, sieht man auch schon an der Zahl der pilzlichen Enzyme, die die Zellwand der Pflanze abbauen können: Ustilago hat davon gerade mal 33; Pilze, die ihre Wirte einfach auffressen, weit mehr als 100.

Ustilago maydis stellt zwar kein gravierendes Problem beim Maisanbau dar, hat sich jedoch in den letzten Jahren zu einem Modell für andere biotrophe Pilze entwickelt, von denen viele mit Ustilago maydis verwandt sind. Und diese Gruppe von Pilzen, zu denen auch die Rostpilze gehören, macht Landwirten in der ganzen Welt sehr zu schaffen. Das Erbgut der meisten dieser Pilze können Biologen jedoch nicht gezielt im Labor verändern. "Unsere Erkenntnisse über Ustilago maydis lassen sich hoffentlich auf die Gruppe dieser Pilze übertragen", sagt Kämper.

Nun wollen die Wissenschaftler herausfinden, welche Funktion die sekretierten Proteine haben. "Erstaunlichweise ähnelt kaum eines dieser Proteine einem bekannten Proteinen aus einem anderen Organismus", sagt Kahmann. Sie und ihre Kollegen vermuten, dass es der Pilz über diese Proteine die Abwehrmechanismen der Pflanze austrickst. Dabei könnten die Proteine entweder ein biochemisches Deckmäntelchen bilden, das zur Tarnung dient, um unerkannt an der Abwehr vorbeizuschlüpfen. Alternativ könnten die sekretierten Proteine die Abwehr aktiv unterdrücken. Sicher ist, dass die Gencluster dabei eine ganz entscheidende Rolle spielen - nun wollen die Forscher herausfinden, welche.

Originalveröffentlichung:

Jörg Kämper, Regine Kahmann, Michael Bölker, Li-Jun Ma, Thomas Brefort, Barry J. Saville, Flora Banuett, James W. Kronstad, Scott E. Gold, Olaf Müller, Michael H. Perlin, Han A. B. Wösten, Ronald de Vries, José Ruiz-Herrera1, Cristina G. Reynaga-Peña, Karen Snetselaar, Michael McCann, José Pérez-Martín, Michael Feldbrügge, Christoph W. Basse, Gero Steinberg, Jose I. Ibeas,William Holloman, Plinio Guzman, Mark Farman, Jason E. Stajich, Rafael Sentandreu, Juan M. González-Prieto, John C. Kennell, Lazaro Molina, Jan Schirawski, Artemio Mendoza-Mendoza, Doris Greilinger, Karin Münch, Nicole Rössel, Mario Scherer, Miroslav Vraneš,Oliver Ladendorf, Volker Vincon, Uta Fuchs, Björn Sandrock, Shaowu Meng, Eric C. H. Ho, Matt J. Cahill, Kylie J. Boyce, Jana Klose, Steven J. Klosterman, Heine J. Deelstra, Lucila Ortiz-Castellanos, Weixi Li, Patricia Sanchez-Alonso, Peter H. Schreier, Isolde Häuser-Hahn, Martin Vaupel, Edda Koopmann, Gabi Friedrich, Hartmut Voss, Thomas Schlüter, Jonathan Margolis, Darren Platt, Candace Swimmer, Andreas Gnirke, Feng Chen, Valentina Vysotskaia, Gertrud Mannhaupt, Ulrich Güldener, Martin Münsterkötter, Dirk Haase, Matthias Oesterheld, Hans-Werner Mewes, Evan W. Mauceli, David DeCaprio, Claire M.Wade, Jonathan Butler, Sarah Young, David B. Jaffe, Sarah Calvo, Chad Nusbaum, James Galagan & Bruce W. Birren
Insights from the genome of the biotrophic fungal plant pathogen Ustialgo maydis
Nature, 2. November 2006 (doi:10.1038/nature05248)

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/

Weitere Berichte zu: Cluster Gen Genom Pflanze Protein Wirt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics