Geballtes Wissen gegen den Mehltau

Wissenschaftler klären molekulare Hintergründe von Resistenzmechanismen auf

07.07.2014 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Das weiße abwischbare Pilzgeflecht des echten Mehltaus erinnert tatsächlich an Mehl, wie hier zu sehen auf einem Tomatenblatt. (Bildquelle: © Goldlocki/ wikimedia.org/ CC BY-SA 3.0)
Das weiße abwischbare Pilzgeflecht des echten Mehltaus erinnert tatsächlich an Mehl, wie hier zu sehen auf einem Tomatenblatt. (Bildquelle: © Goldlocki/ wikimedia.org/ CC BY-SA 3.0)

Wegen seiner großen Schadwirkung ist der Erreger des Mehltaus ein gefürchteter Schädling. Doch manche Pflanzen trotzen dem Angreifer aufgrund von Resistenzgenen. Wissenschaftler konnten nun zeigen, wie die Produkte der Resistenzgene zum Ort des Geschehens transportiert werden und warum Resistenzgene manchmal auch unwirksam sind.

Weil er für massive Ernteausfälle verantwortlich sein kann, ist der echte Mehltau bei Landwirten ein gefürchteter Schaderreger. Der parasitäre Schlauchpilz gehört zur Ordnung der Erysiphales. Er befällt Getreide wie Weizen und Gerste, aber auch verschiedene Gemüse- und Obstpflanzen sowie manche Bäume.

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Ein Resistenzgen aus dem Roggen verleiht Weizen seine Resistenz gegen den Erreger des Mehltaus. Doch das funktioniert nicht immer.

Ein Resistenzgen aus dem Roggen verleiht Weizen seine Resistenz gegen den Erreger des Mehltaus. Doch das funktioniert nicht immer.

Bildquelle: © SarahC/ pixelio.de

Sein Erscheinungsbild erinnert tatsächlich an Mehl, da er auf der Blattoberfläche ein weißlich, abwischbares Pilzgeflecht ausbildet. Mit speziellen Saugorganen, den so genannte Haustorien, verankert sich der Pilz in den Zellen der oberen Blattschicht seines Wirts und zapft diesem Nährstoffe ab. Dabei durchstoßen die Haustorien die Zellwand der Pflanzenzellen. Durch den Entzug von Nährstoffen welkt das Blatt und fällt schließlich ab. Weil der Pilz so viele verschiedene Pflanzenarten befallen kann, arbeiten Wissenschaftler fieberhaft daran, seine Infektionsmechanismen zu verstehen, um sie dann gezielt unterbinden zu können.

Resistenzgene nicht immer wirksam

Eine wichtige Maßnahme von Züchtern besteht darin, Resistenzgene in Nutzpflanzen einzukreuzen. Diese stammen meist aus unkultivierten Wildpflanzen, wie beispielsweise Gräsern, die mit unseren heutigen Getreidesorten verwandt sind. Die Genprodukte dieser Resistenzgene erkennen direkt oder indirekt Moleküle von Pathogenen und lösen eine Abwehrreaktion in der Pflanze aus. Nicht selten lässt die betroffene Pflanze dann einige betroffene Zellen absterben, um die Ausbreitung des Erregers zu verhindern. In Pflanzen, die mit Weizen verwandt sind, wurden beispielsweise bereits mehrere Resistenzgene gegen den Mehltau identifiziert und in das hexaploide Genom des Weizens eingekreuzt.

Ein besonders beliebtes Resistenzgen aus dem Roggen, einem Getreide, welches für seine Robustheit und Anspruchslosigkeit aber auch vergleichsweise geringe Erträge bekannt ist, ist das Gen Pm8. Bereits in den 1930er Jahren wurde dieses erstmals gezielt vom Roggen in den Weizen übertragen. Seltsamerweise sind aber nicht alle Weizensorten, die Pm8 in sich tragen, gegen den Mehltau resistent. Woran das liegt, haben Wissenschaftler erst jetzt herausgefunden.

Weizeneigenes Gen unterdrückt Resistenzgen

Dass Resistenzgene unterdrückt werden können, ist keineswegs ein Phänomen, das nur bei Pm8 und Mehltau vorkommt. Auch bei anderen Pflanzen sind Resistenzgene hin und wieder unwirksam. Bei der Weizenzucht ist das meist dann der Fall, wenn Chromosomen von Pflanzen mit einer geringeren Anzahl an Chromosomensätzen in den hexaploiden Weizen übertragen werden. Dann wird Pm8 unwirksam. Wissenschaftler konnten nun zeigen, dass daran das weizeneigene Gen Pm3, ein Ortholog zu Pm8 aus Roggen, schuld ist. Der Prozess beruht offenbar nicht auf einer Stilllegung des Gens, sondern auf einem post-translationalen Mechanismus. Die Forscher vermuten, dass sich das Pm3-Protein derart an Pm8 anlagert, dass Pm8 seine Aufgabe, eine Abwehrreaktion einzuleiten, nicht mehr erfüllen kann. „Unser Wissen über große Pflanzengenome wie dem des Weizens wächst ständig. Probleme mit supprimierten Resistenzgenen können wir in Zukunft umgehen, wenn wir wissen, welches Gen dafür verantwortlich ist. Diese Pflanzen werden dann von vorherein nicht zur Zucht verwendet“, schreiben die Wissenschaftler. Mit modernen Zuchtmethoden könnten die betreffenden Gene auch gezielt genetisch verändert oder durch andere Gene ersetzt werden.

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Wildpflanzen wie Einkorn dienen Züchtern als wichtige Quellen für Resistenzgene.

Wildpflanzen wie Einkorn dienen Züchtern als wichtige Quellen für Resistenzgene.

Bildquelle: © Alupus/ Wikimedia.org/ CC BY-SA 3.0

Mit Vesikeln zum Schlachtfeld

Zu einem besseren Verständnis des Resistenzmechanismus gegen den Mehltau haben auch Forscher des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln beigetragen. Denn auch die Modellpflanze Arabidopsis thaliana besitzt ein Resistenzgen gegen den Mehltau, welches als RPW8.2 bezeichnet wird. Das Genprodukt von RPW8.2 wirkt gegen die Membran der Haustorien, mit denen der Pilz seinen Wirt quasi aussaugt. Wie RPW8.2 allerdings zu den Haustorien gelangt, war bisher nicht bekannt. Die Wissenschaftler konnten nun zeigen, dass das Protein mit Hilfe von Vesikeln zum Ort des Geschehens transportiert wird.

Aus vielen kleinen Puzzlestücken setzt sich nach und nach ein umfangreiches Gesamtbild über die Funktionsweise von Resistenzgenen gegen den Mehltau und möglicherweise auch anderen Pflanzenpathogenen zusammen. Für Pflanzenzüchter ist das gerade im Hinblick auf einen in der Welt stetig wachsenden Bedarf an Nahrungsmitteln besonders wichtig. Wer seinen Feind kennt, kann ihn besiegen, schrieb bereits 500 v.Ch. von Sun Tzu in seinem Werk „Die Kunst des Krieges“. Auch heute gilt es, mit Wissen und Erkenntnis die Grundlagen für künftige Generationen zu schaffen.

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