Wie sich Weizen gegen Pilze wehrt
Getreide verfügt über Resistenzen gegen krankheitserregende Pilze, die aber der Mehltau überwinden kann. Ein Team der Universität Zürich hat einen Mechanismus entdeckt, mit dem Mehltau das Immunsystem von Weizen austrickst.
Der Anbau von Weizen ist durch Pflanzenkrankheiten wie etwa den Weizenmehltau gefährdet. Bild Lisa Maire
Getreide gehört zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln. Weizen allein liefert etwa zwanzig Prozent der globalen Protein- und Kalorienversorgung. Allerdings ist die Produktion durch Pflanzenkrankheiten wie etwa dem Weizenmehltau-Pilz gefährdet. Eine nachhaltige Alternative zur Verwendung von Fungiziden ist der Anbau von Weizensorten, die genetisch resistent gegen diesen Krankheitserreger sind. Allerdings ist dies in vielen Fällen langfristig nicht wirksam, da sich Mehltau schnell weiterentwickelt und Resistenzen überwinden kann.
Ein Team des Instituts für Pflanzen- und Mikrobiologie der Universität Zürich hat gemäss einem Communiqué nun genauer untersucht, wie es der Pilz schafft, den Weizen trotz Anwesenheit von Resistenzgenen zu infizieren. Dabei hätten die Forschenden ein bisher unbekanntes Wechselspiel zwischen Resistenzfaktoren des Weizens und Krankheitsfaktoren des Mehltaus entdeckt. «Dieses vertiefte Verständnis erlaubt es, Resistenzgene gezielter einzusetzen und das Zusammenbrechen der Resistenz zu verhindern oder zu verlangsamen», lässt sich die Postdoktorandin Zoe Bernasconi, eine der Erstautorinnen der im Fachmagazin «Nature Plants» publizierten Studie, in der Mitteilung zitieren.
Weizen wird doppelt ausgetrickst
Der Mehltaupilz produziere Hunderte von kleinen Proteinen, sogenannte Effektoren, welche er in die Zellen der Wirtspflanze einschleuse. Dort würden sie dabei helfen, eine Infektion zu etablieren. Vom Weizen produzierte Resistenzproteine könnten einzelne dieser Effektoren direkt erkennen. Dies löse eine Immunantwort aus, welche die Infektion stoppe. Der Pilz umgehe dies jedoch häufig, indem er erkannte Effektoren verändere oder sogar ganz verliere.
«Das Forschungsteam hat einen neuen Mehltau-Effektor (genannt AvrPm4) identifiziert, der von dem bereits bekannten Weizen-Resistenzprotein Pm4 erkannt wird», heisst es in der Mitteilung weiter. Doch überraschenderweise könne der Pilz die Pm4-vermittelte Resistenz überwinden − und zwar ohne den Effektor zu verändern oder zu verlieren. Der Trick dabei: Er verfüge über einen zweiten Effektor, der die Erkennung von AvrPm4 verhindert. Bernasconi: «Wir vermuten, dass die Funktion von AvrPm4 für den Pilz überlebenswichtig ist und deshalb im Laufe der Evolution dieser ungewöhnliche Mechanismus entstanden ist.»
Besonders spannend ist laut Pressetext, dass der zweite Effektor eine doppelte Funktion hat. Er verhindere nicht nur die Erkennung des ersten Effektors AvrPm4, sondern werde zusätzlich auch selbst von einem weiteren Resistenzprotein erkannt. «Durch Kombination der beiden Resistenzproteine in derselben Weizensorte könnte es somit gelingen, den Pilz in eine evolutionäre Sackgasse zu locken, in der er der Immunantwort von Weizen nicht mehr entfliehen kann», so der Postdoktorand Lukas Kunz, ein weiterer Erstautor der Studie.
Neue Ansätze für resistentere Sorten
«Weil wir diese Mechanismen und die involvierten Krankheitsfaktoren des Pilzes nun kennen, können wir effektiver verhindern, dass Mehltau die Resistenz von Weizen durchbricht», erklärt Beat Keller in der Mitteilung. Der Professor leitete die Forschungsgruppe bis zu seiner Emeritierung im letzten Jahr. Durch Monitoringmassnahmen des Mehltauerregers wäre es nun zum Beispiel denkbar, resistente Weizensorten gezielt da einzusetzen, wo sie maximale Wirkung entfalten.
Denkbar wäre die geschickte Kombination von Resistenzgenen in neuen Weizensorten. «Theoretisch könnten solche Massnahmen die Entwicklung neuer krankheitserregender Pilzstämme deutlich verlangsamen», so Keller. Das Team habe schon erste Erfolg versprechende Versuche im Labor dazu durchgeführt. Hierfür hätten sie Resistenzgene, die sowohl den Effektor AvrPm4 als auch den zweiten Effektor ausschalteten, kombiniert. Ob sich dieser Ansatz im Feld bewähre, müsse sich jedoch erst noch zeigen. (pd.)
