Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Egoistische Chromosomen machen schädliche Pilze angreifbar

11.02.2019

Kiel Evolution Center entdeckt grundlegend neue Züge in den Vererbungsmechanismen von pflanzenschädlichen Pilzen

Weizen ist weltweit das am zweithäufigsten angebaute Getreide und in vielen Ländern unverzichtbarer Rohstoff für zahlreiche wesentliche Grundnahrungsmittel. Allein in Deutschland werden pro Jahr zwischen 20-25 Millionen Tonnen des Getreides geerntet. In Nordwesteuropa ist der Weizenanbau allerdings mit einem bedrohlichen Schädling konfrontiert, der im Extremfall Ernteeinbußen von rund 50 Prozent verursachen kann.


Ein mit dem Pilz Zymoseptoria tritici befallenes Weizenblatt zeigt die typischen Anzeichen der sogenannten Blattdürre, die zu drastischen Ernteausfällen führen kann.

© Dr. Janine Haueisen


Konfokalmikroskopische Aufnahme von der Infektion einer Weizenpflanze: Der Pilz dringt in die Spaltöffnungen der Blätter ein und kann sich zwischen den Pflanzenzellen ausbreiten.

© Dr. Janine Haueisen

Die Bekämpfung des Pilzes Zymoseptoria tritici ist daher von elementarem Interesse für die Ernährungssicherheit und erfolgt bislang hauptsächlich auf konventionellem Weg durch den großflächigen Einsatz von Fungiziden - mit allen damit verbundenen Nachteilen für die Umwelt und Verbraucherinnen und Verbraucher.

Da der Pilz vermehrt unempfindlich gegen Pflanzenschutzmittel wird und es umgekehrt bislang keine vollständig gegen den Schädling resistenten Weizensorten gibt, forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen weltweit intensiv an nachhaltigen Wegen, um den Pilz in Schach zu halten.

Translationale Evolutionsforschung
An der CAU arbeitet insbesondere das Kiel Evolution Center (KEC) daran, evolutionsbiologische Prinzipien zur Anwendung zu bringen und unter anderem für die Schädlingsbekämpfung nutzbar zu machen. Einen wichtigen Schritt in diese Richtung hat nun ein KEC-Forschungsteam gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön (MPI-EB) gemacht, indem es die Grundlagen der Vererbung des schädlichen Pilzes und damit potenzielle Wege zu seiner Bekämpfung untersuchte.

Die Kieler Forschenden fanden heraus, dass die sogenannte Meiose, also die Reifeteilung der Keimzellen und die damit verbundene Vervielfältigung der Erbinformationen, bei Zymoseptoria tritici anders abläuft als bisher gedacht. Die Pilze weisen zusätzliche, ungepaarte Chromosomen auf, die genetische Informationen an all ihre Nachkommen und nicht nur einen Teil der Folgegenerationen weitergeben können.

„Wir haben festgestellt, dass zwar den Chromosomen, nicht aber dem Pilz insgesamt ein evolutionärer Vorteil durch diese Art der Vererbung zugutekommt“, betont Dr. Michael Habig, Erstautor der Studie und wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Umweltgenomik am Botanischen Institut der CAU.

„Nur die Chromosomen selbst profitieren davon, ihre Merkmale an alle Nachkommen weiterzugeben und agieren also im übertragenen Sinne egoistisch“, so Habig weiter. Dieses Phänomen wiesen die Forschenden erstmals bei Zymoseptoria tritici nach und veröffentlichten ihre Ergebnisse kürzlich im Fachmagazin eLife.

Die Meiose – ein alter Bekannter aus dem Bio-Unterricht?

Im Mittelpunkt des neu beschriebenen Vererbungsprozesses steht die Meiose, die ein zentraler Schritt der geschlechtlichen Fortpflanzung ist und bei diesen Pilzen offenbar grundlegend anders ablaufen könnte als bisher gedacht. Bei der normalen, der sogenannten Mendelschen Vererbung dient sie dazu, die unterschiedlichen mütterlichen und väterlichen Chromosomen in Form sogenannter homologer Chromosomen zu kombinieren und auf die Nachkommen zu verteilen.

Auf diese Weise kommt die Vererbung von genetischen Merkmalen der Mutter und des Vaters an jeweils die Hälfte der Nachkommenschaft zustande. Bei Zymoseptoria tritici scheint hingegen die Meiose völlig anders abzulaufen - insbesondere für die sogenannten überzähligen Chromosomen, die sich nicht mit dem entsprechenden väterlichen oder mütterlichen Gegenstück kombinieren können.

Diese ungepaarten Chromosomen werden also ausschließlich entweder von der Mutter oder dem Vater vererbt. Dabei konnten die Forschenden nachweisen, dass die mütterlichen überzähligen Chromosomen an alle Nachkommen weitergegeben werden – und nicht nur an die Hälfte, wie zu erwarten gewesen wäre.

„Die treibende Kraft hinter dieser Strategie ist der sogenannte meiotische Drive, der für die erhöhte Übertragung der Chromosomen in die Nachfolgegeneration sorgt“, unterstreicht Professorin Eva Stukenbrock, Leiterin der gemeinsam an der CAU und dem MPI-EB angesiedelten Arbeitsgruppe Umweltgenomik und Vorstandsmitglied des KEC.

„Diese alternative Art der Vererbung war bereits von anderen Organismen bekannt. Wir konnten sie nun bei Zymoseptoria tritici nachweisen und haben in seinen Erbinformationen besonders viele der daran beteiligten Chromosomen gefunden“, so Stukenbrock weiter.

Ein mögliches Einfallstor zur Bekämpfung der Weizenschädlinge

Die Vererbung durch überzählige Chromosomen scheint für den Gesamtorganismus vor allem ein nachteiliger Prozess zu sein. Warum die Pilze dennoch im Laufe der Evolution über einen langen Zeitraum daran festgehalten haben, ist noch nicht vollständig untersucht. Einerseits hemmt sie die Pilze zwar in der Fähigkeit Weizen zu befallen, erhöht aber möglicherweise zugleich ihre Fähigkeit, sich an geänderte Umweltbedingungen anzupassen.

Die Kieler Forschenden sehen in der egoistischen Strategie der Chromosomen aber insbesondere das Potenzial, zukünftig neue Mittel zur Bekämpfung des schädlichen Pilzes zu finden. „Möglicherweise gelingt es uns, bestimmte genetische Informationen durch diese besondere Art der Vererbung in die Pilze zu bringen, die ihre Schädlichkeit für den Weizen nachhaltig reduzieren könnten“, gibt sich Habig optimistisch. „Dabei könnte man sich zunutze machen, dass sich alle Nachkommen zugleich mit den entsprechenden Erbinformationen ausstatten lassen“, so Habig weiter.

Die dafür nötigen Methoden, wie zum Beispiel das sogenannte Genome Editing, werden zurzeit weltweit intensiv erforscht. Das am KEC erforschte Prinzip könnte also in Zukunft dabei helfen, Weizenpflanzen dauerhaft vor dem Befall mit Zymoseptoria tritici zu schützen.


Bilder stehen zum Download bereit:
https://www.uni-kiel.de/fileadmin/user_upload/pressemitteilungen/2019/039-habig-...
Ein mit dem Pilz Zymoseptoria tritici befallenes Weizenblatt zeigt die typischen Anzeichen der sogenannten Blattdürre, die zu drastischen Ernteausfällen führen kann.
© Dr. Janine Haueisen

https://www.uni-kiel.de/fileadmin/user_upload/pressemitteilungen/2019/039-habig-...
Konfokalmikroskopische Aufnahme von der Infektion einer Weizenpflanze: Der Pilz dringt in die Spaltöffnungen der Blätter ein und kann sich zwischen den Pflanzenzellen ausbreiten.
© Dr. Janine Haueisen


Weitere Informationen:
Arbeitsgruppe Umweltgenomik, Botanisches Institut, CAU Kiel/
Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön:
http://web.evolbio.mpg.de/envgen

Forschungszentrum „Kiel Evolution Center“, CAU Kiel:
http://www.kec.uni-kiel.de

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Presse, Kommunikation und Marketing, Dr. Boris Pawlowski, Text: Christian Urban
Postanschrift: D-24098 Kiel, Telefon: (0431) 880-2104, Telefax: (0431) 880-1355
E-Mail: presse@uv.uni-kiel.de, Internet: www.uni-kiel.de , Twitter: www.twitter.com/kieluni
Facebook: www.facebook.com/kieluni, Instagram: www.instagram.com/kieluni

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Michael Habig
Arbeitsgruppe Umweltgenomik, Botanisches Institut, CAU Kiel
Tel.: 0431-880-6361
E-Mail: mhabig@bot.uni-kiel.de

Prof. Eva Stukenbrock
Leiterin Arbeitsgruppe Umweltgenomik, Botanisches Institut, CAU Kiel
Tel.: 0431-880-6368
E-Mail: estukenbrock@bot.uni-kiel.de

Originalpublikation:

Michael Habig, Gert HJ Kema and Eva Holtgrewe Stukenbrock (2018):
Meiotic drive of female-inherited supernumerary chromosomes in a pathogenic fungus eLife
https://dx.doi.org/10.7554/eLife.40251.001

Dr. Boris Pawlowski | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Diagnostik für alle
14.10.2019 | Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung

nachricht Inaktiver Rezeptor macht Krebs-Immuntherapien wirkungslos
14.10.2019 | Technische 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: Neuer Werkstoff für den Bootsbau

Um die Entwicklung eines Leichtbaukonzepts für Sportboote und Yachten geht es in einem Forschungsprojekt der Technischen Hochschule Mittelhessen. Prof. Dr. Stephan Marzi vom Gießener Institut für Mechanik und Materialforschung arbeitet dabei mit dem Bootsbauer Krake Catamarane aus dem thüringischen Apolda zusammen. Internationale Kooperationspartner sind Prof. Anders Biel von der schwedischen Universität Karlstad und die Firma Lamera aus Göteborg. Den Projektbeitrag der THM fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand mit 190.000 Euro.

Im modernen Bootsbau verwenden die Hersteller als Grundmaterial vorwiegend Duroplasten wie zum Beispiel glasfaserverstärkten Kunststoff. Das Material ist...

Im Focus: Novel Material for Shipbuilding

A new research project at the TH Mittelhessen focusses on the development of a novel light weight design concept for leisure boats and yachts. Professor Stephan Marzi from the THM Institute of Mechanics and Materials collaborates with Krake Catamarane, which is a shipyard located in Apolda, Thuringia.

The project is set up in an international cooperation with Professor Anders Biel from Karlstad University in Sweden and the Swedish company Lamera from...

Im Focus: Controlling superconducting regions within an exotic metal

Superconductivity has fascinated scientists for many years since it offers the potential to revolutionize current technologies. Materials only become superconductors - meaning that electrons can travel in them with no resistance - at very low temperatures. These days, this unique zero resistance superconductivity is commonly found in a number of technologies, such as magnetic resonance imaging (MRI).

Future technologies, however, will harness the total synchrony of electronic behavior in superconductors - a property called the phase. There is currently a...

Im Focus: Ultraschneller Blick in die Photochemie der Atmosphäre

Physiker des Labors für Attosekundenphysik haben erkundet, was mit Molekülen an den Oberflächen von nanoskopischen Aerosolen passiert, wenn sie unter Lichteinfluss geraten.

Kleinste Phänomene im Nanokosmos bestimmen unser Leben. Vieles, was wir in der Natur beobachten, beginnt als elementare Reaktion von Atomen oder Molekülen auf...

Im Focus: Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Wie kommt es, dass manche Neutronensterne zu den stärksten Magneten im Universum werden? Eine mögliche Antwort auf die Frage nach der Entstehung dieser sogenannten Magnetare hat ein deutsch-britisches Team von Astrophysikern gefunden. Die Forscher aus Heidelberg, Garching und Oxford konnten mit umfangreichen Computersimulationen nachvollziehen, wie sich bei der Verschmelzung von zwei Sternen starke Magnetfelder bilden. Explodieren solche Sterne in einer Supernova, könnten daraus Magnetare entstehen.

Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2019

14.10.2019 | Veranstaltungen

10. Weltkonferenz der Ecosystem Services Partnership an der Leibniz Universität Hannover

14.10.2019 | Veranstaltungen

Bildung.Regional.Digital: Tagung bietet Rüstzeug für den digitalen Unterricht von heute und morgen

10.10.2019 | Veranstaltungen

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

Technologiemodul senkt Ausschussrate von Mikrolinsen auf ein Minimum

14.10.2019 | Informationstechnologie

Diagnostik für alle

14.10.2019 | Biowissenschaften Chemie

Bayreuther Forscher entdecken stabiles hochenergetisches Material

14.10.2019 | Materialwissenschaften

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