Komplett neuartige Befall-Strategie entdeckt

Kleine RNAs parasitieren die pflanzliche Immunabwehr

11.10.2013 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Grauschimmelfäule auf Riesling-Trauben. Je nach Reifegrad der Weintrauben kann ein Befall mit Botrytis cinerea verheerende oder positive Folgen haben. (Quelle: © Tom Maack/wikimedia.org, CC BY-SA 3.0)
Grauschimmelfäule auf Riesling-Trauben. Je nach Reifegrad der Weintrauben kann ein Befall mit Botrytis cinerea verheerende oder positive Folgen haben. (Quelle: © Tom Maack/wikimedia.org, CC BY-SA 3.0)

Pathogene schwächen das Abwehrsystem ihres Wirts gewöhnlich durch Proteine. Forscher konnten nun belegen, dass hinter dem weit verbreiteten Befall des Grauschimmels ein ganz anderer Mechanismus steckt: die RNA-Interferenz.

Die Grauschimmelfäule ist beinahe allgegenwärtig, denn ihr Auslöser, Botrytis cinerea, kann weit über 200 verschiedene Pflanzenarten befallen - dazu gehören auch praktisch alle Ost- und Gemüsesorten. Weltweit verursacht der Pilz Ernteverluste von 10 bis 100 Milliarden US$. Auch im Weinbau kann sein Auftreten große Schäden verursachen. So ruft der Pilz auf unreifen Weinbeeren die gefürchtete Rohfäule hervor. Die befallenen Trauben können nicht mehr reifen und sind für die Weinherstellung unbrauchbar. Wenn sich die Grauschimmelfäule jedoch bei trockenem, warmem Herbstwetter auf voll ausgereiften Traubenbeeren entwickelt, so kann sie sich durchaus positiv auswirken und die Qualität des Weines verbessern. Man spricht dann von der sogenannten Edelfäule.

Pflanzenpathologen haben nun einen bisher unbekannten Mechanismus entdeckt, mit dem der Grauschimmel so universell erfolgreich ist.

Bisher nur Proteine bekannt

Pathogene aus dem Reich der Bakterien, Pilze und Oomyceten arbeiten gewöhnlich mit Effektorproteinen, die sie in die Zellen ihres Wirts abgeben, um dort dessen Immunabwehr lahmzulegen. Diese sind dem Angreifer jedoch nicht wehrlos ausgesetzt. Pflanzen verfügen über eine Reihe von Rezeptoren, die Oberflächenstrukturen von Pathogenen erkennen, wie beispielsweise bestimmte Proteine Gram-negativer Bakterien und Chitin in der Zellwand von Pilzen. Werden diese Rezeptoren stimuliert, beginnt eine intrazelluläre Signalkaskade, die infizierte Zelle und ihre unmittelbare Umgebung derart biochemisch verändert, dass der Eindringling unterdrückt wird. Das Pathogen wiederum kann sich dagegen wehren, indem es entweder seine Entdeckung auf der Oberfläche der Wirtszelle verhindert oder die biochemischen Signale im Inneren der Wirtszelle blockiert. Dagegen kann sich wiederum die Pflanze wehren… bis am Ende der Stärkere gewinnt.

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Grauschimmelfäule auf Tomaten. Botrytis cinerea, kann weit über 200 verschiedene Pflanzenarten befallen - dazu gehören auch praktisch alle Ost- und Gemüsesorten.

Grauschimmelfäule auf Tomaten. Botrytis cinerea, kann weit über 200 verschiedene Pflanzenarten befallen - dazu gehören auch praktisch alle Ost- und Gemüsesorten.

Bildquelle: © Rasbak / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)

Neu entdeckt: kleine RNA-Moleküle

Eine aktuelle Studie zeigt nun, dass pathogene Pilze offenbar auch RNA-Moleküle einsetzen, speziell kleine RNA Effektormoleküle, um den pflanzlichen Abwehrmechanismus zu blockieren und um auf diese Weise eine Pflanze infizieren zu können. Diese kleinen RNA-Moleküle, zu denen mikro RNAs (miRNAs) und small interfering RNAs (siRNAs) gehören, regulieren die Genstilllegung in vielen eukaryotischen Organismen. In Pflanzen spielen siRNAs vor allem bei der Abwehr gegen fremde Viren-RNA eine Rolle. Die üblicherweise 20 bis 24 Nukleotid langen RNAs steuern Nukleasen aus der Gruppe der Argonautenproteine (AGO), die wiederum die Expression von RNAs verhindern oder sogar deren Abbau einleiten. Die sogenannte RNA Interferenz ist sowohl im Pflanzenreich, bei Pilzen als auch bei Wirbellosen ein sehr weit verbreiteter Prozess und neuesten Erkenntnissen zufolge auch bei Wirbeltieren.

Hunderte kleine RNAs überfluten die Zelle

Mehr als 800 kleine, pilzliche RNAs sind beteiligt, wenn Botrytis cinerea eine Pflanzenzelle infiziert, wie die Wissenschaftler an Blättern der Ackerschmalwand und Tomatenfrüchten testeten. Sie verhindern die Expression von Abwehrgenen der Pflanze, wodurch sich die Pflanze nicht mehr effektiv gegen die Infektion durch den Pilz wehren kann. Die Sequenz von 73 dieser kleinen RNAs passt genau so Teilen pflanzlicher Wirts-RNA, die zum Teil an der Immunität der Pflanze beteiligt sind. Das pflanzeneigenen Argonaut-Protein AGO1 ist dem Pilz dabei sogar behilflich: Wie Bindungsexperimente zeigten, binden die kleinen Pilz-RNAs an AGO1, das daraufhin die Stilllegung bestimmter mRNAs einleitet. Dass es sich dabei um wichtige Faktoren der Immunabwehr handelt, konnten die Forscher experimentell bestätigen: Wurden die entsprechenden Gene unterdrückt, war die Pflanze wehrlos einer Infektion durch Botrytis cinerea ausgesetzt. Daher gehen die Wissenschaftler davon aus, dass die kleinen RNAs des Pilzes die Expression der Abwehrgene in der Pflanze verhindern. Der Pilz kidnappt also die pflanzliche RNA-Interferenz Maschinerie und bringt die Pflanze dazu, ihre eigene Abwehr abzuschalten.

Neue Wege zur Bekämpfung aggressiver Pflanzenpathogene

Der Weg über die kleinen RNA-Moleküle war bisher gänzlich unbekannt und eröffnet neue Perspektiven. „Wir gehen davon aus, dass unsere Erkenntnisse dazu beitragen werden, neue Wege zur Bekämpfung aggressiver Pflanzenpathogene zu gehen“, so Studienleiter Hailing Jin, Professor für Pflanzenpathologie und Mikrobiologie. Als nächstes wird sich Prof. Jin mit seinen Kollegen der Frage widmen, ob sich auch andere aggressive Pathogene dieses Mechanismus bedienen.

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