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Ein Pilz als Trojanisches Pferd zur Erforschung von Nutzpflanzen

12.04.2018

Internationales Forscherteam um Wissenschaftlerin der Universität Regensburg entwickelt neue Methode zur Untersuchung von Entwicklungsprozessen bei Mais.

Mais ist die meist angebaute Nahrungspflanze weltweit. In etwa 25 % aller Nahrungsmittel und in vielen Industrieprodukten sind Maisbestandteile enthalten. Zudem ist Mais die wichtigste Energiepflanze in Deutschland. Dennoch ist die Erforschung dieser und anderer wichtiger Nahrungspflanzen schwierig, da sie für viele molekularbiologische Methoden schwer oder gar nicht zugänglich sind.


3D-Darstellung eines mit Ustilago maydis infizierten Mais-Staubbeutels. Maiszellen sind in grau dargestellt, Ustilago maydis-Hyphen sind rot gefärbt.

© Dr. Karina van der Linde

Ein internationales Forscherteam um Dr. Karina van der Linde (Universität Regensburg, am Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenbiochemie) hat nun eine neue Methode entwickelt, um Maisproteine effizienter unter natürlichen Bedingungen studieren zu können. Inspiriert wurden die Forscher dabei von der homerischen Sage vom Trojanischen Pferd.

Als solches diente der Pilz Ustilago maydis, der Mais als natürlicher Schädling infiziert. Im Gegensatz zu Mais ist er leicht für molekularbiologische Methoden zugänglich. Die Forschungsergebnisse zu diesem Thema wurden jetzt in den Fachzeitschriften „The Plant Cell“ und „Nature Plants“ veröffentlicht.

Die Wissenschaftler der Universität Regensburg, der Universität zu Köln, der Stanford University (USA), der Universität Tallin (Estland) und des Donald Danforth Plant Science Centers (USA) schleusten mittels eines modifizierten Ustilago maydis-Stammes das Maisprotein ZmMAC1 in spezifische Gewebeschichten der männlichen Maisblüte ein.

Auf diese Weise konnten sie zeigen, dass ZmMAC1 die Teilung von Maisblütenstammzellen anregt und auch deren weitere Entwicklung steuert. Die Studie wurde jetzt in der Fachzeitschrift „The Plant Cell“ publiziert.

In einer weiteren internationalen Zusammenarbeit (Universität Regensburg, Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin Regensburg, Universität zu Köln, Stanford University, Universität Duisburg-Essen, Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns Köln, University of California San Diego USA, und Sainsbury Laboratory Norwich UK) konnte die neu entwickelte Methode bereits erfolgreich eingesetzt werden, um ein bisher unbekanntes Maisprotein (ZmZIP1) zu analysieren. Hierbei wurden Maispflanzen durch die gezielte Gabe von ZmZIP1 resistenter gegenüber bestimmten Schädlingen.

Im Rahmen des DFG-Sonderforschungsbereichs 924– „Molekulare Mechanismen der Ertragsbildung und Ertragssicherung bei Pflanzen“ soll in Zukunft die „Trojanische-Pferd“-Methode an der Universität Regensburg genutzt werden, um schnell und kostengünstig verschiedenste Maisproteine auf ihre Funktion in der pflanzlichen Blütenentwicklung zu testen.

Die Blütenentwicklung und deren Kontrolle sind aus forschungstechnischer Sicht besonders interessant, da diese essentiell für eine erfolgreiche Bestäubung und somit für den Ertrag der Pflanze sind. Die Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass die von ihnen entwickelte Methode in Zukunft auch auf andere Pflanzen-Pilz-Systeme übertragen werden kann.

Die meisten Pilze sind leicht im Labor zu bearbeiten und können somit potenziell als Trojanisches Pferd genutzt werden, wodurch das Studium von wichtigen, aber bisher molekularbiologisch schwer zugänglichen Nutzpflanzen erleichtert wird.

Originalpublikationen:
Karina van der Linde, Ljudmilla Timofejeva, Rachel L. Egger, Birger Ilau, Reza Hammond,
Chong Teng, Blake C. Meyers, Gunther Doehlemann und Virginia Walbot: Pathogen Trojan Horse delivers bioactive host protein to alter maize (Zea mays) anther cell behavior in situ. Erschienen in „The Plant Cell” (doi: https://doi.org/10.1105/tpc.17.00238)

Sebastian Ziemann, Karina van der Linde, Urs Lahrmann, Beyda Acar, Farnusch Kaschani, Tom Colby, Markus Kaiser, Yezhang Ding, Eric Schmelz, Alisa Huffaker, Nicholas Holton, Cyril Zipfel und Gunther Doehlemann: An apoplastic peptide activates salicylic acid signalling in maize. Erschienen in „Nature Plants“ (doi: https://doi.org/10.1038/s41477-018-0116-y)

Ansprechpartner für Medienvertreter:
Dr. Karina van der Linde
Am Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenbiochemie
Universität Regensburg
Tel.: 0941 943-3006
karina.van-der-linde@ur.de

Petra Riedl | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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