08.12.2001

Forschung Kartoffel

Pilzresistenz bei Kartoffeln:

Das Zwei-Komponenten-System Barnase - Barstar

Zwei Gene aus einem Bodenbakterium sollen helfen, die natürliche Abwehrkraft der Pflanze gegen Phytophthora infestans - Kraut- und Knollenfäule - zu stärken.

Phytophthora unter dem Mikroskop

Schematische Gegenüberstellung der Pilzentwicklung in einer anfälligen Pflanze (links) und einer resistenten Pflanze (rechts). Links kann Phytophthora ungebremst durch das Blattgewebe wachsen, rechts wird er daran gehindert durch eine Barriere abgestorbener Pflanzenzellen.

Bilder: MPIZ Köln

Kartoffeln besitzen einen natürlichen Abwehrmechanismus gegen Krankheitserreger wie Phytophthora. Sie bilden rund um den Infektionsherd einen Schutzwall aus abgestorbenen Pflanzenzellen, der den Pilz daran hindern soll weiter vorzudringen. Diese Fähigkeit der Pflanze wird mit Hilfe der Gentechnik verstärkt. Wissenschaftler nutzen hierzu ein Gen aus dem Bodenbakterium Bacillus amyloliquefaciens, dessen Aktivität zum Tod von Zellen führt. Diese toxische Wirkung wird durch ein spezielles Enzym (Barnase) hervorgerufen, das die RNA-Moleküle in den Zellen zerschneidet. Damit aber nur die mit dem Pilz infizierten Stellen der Pflanze von der Wirkung betroffen sind, wird das Toxin-Gen mit dem genetischen Schalter (Promotor) des pflanzeneigenen Abwehrgens verknüpft. Dieser Schalter aktiviert das Gen ausschließlich in den betroffenen Zellen. Der Infektionsherd wird so an der Ausbreitung gehindert.

Nun haben die Wissenschaftler jedoch festgestellt, dass Barnase dennoch auch außerhalb der Infektionsstellen in geringem Umfang aktiv wird. Sie haben deshalb noch ein zweites Gen übertragen, welches auch aus Bacillus amyloliquefaciens stammt und die Wirkung des Barnase – Gens aufheben kann. Überall dort, wo nur wenig Barnase aktiv ist, nämlich in gesunden Pflanzen-Regionen, kann Barstar die zelltötende Wirkung von Barnase ausgleichen.

Der Barnase-Hemmstoff Barstar wird natürlich auch in den infizierten Zellen gebildet. Hier ist durch den infektionsspezifischen Promotor (gst1) die Menge an produzierter Barnase jedoch so hoch, dass die Anwesenheit der geringen Menge Barstar den Zelltod nicht aufhält.