Parasit mit Achilles-Ferse?

Teufelszwirn und Wirt tauschen im großen Stil genetische Informationen

20.08.2014 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Der Teufelszwirn (Cuscuta pentagona) wächst ohne Kontakt mit dem Boden direkt auf den Wirtspflanzen, die er wie ein Vampir aussaugt. (Bildquelle: © Curtis Clark (BioTrek)/ Wikimedia.org/ CC BY-SA 2.5)
Der Teufelszwirn (Cuscuta pentagona) wächst ohne Kontakt mit dem Boden direkt auf den Wirtspflanzen, die er wie ein Vampir aussaugt. (Bildquelle: © Curtis Clark (BioTrek)/ Wikimedia.org/ CC BY-SA 2.5)

Der Teufelszwirn (Cuscuta pentagona) ist ein Parasit von der ganz üblen Sorte. Er saugt seine Wirtspflanzen aus wie ein Vampir und kann dadurch einen totalen Ernteverlust verursachen. Doch bei diesem Vorgang wandern auch große Mengen mRNA zwischen Wirt und Parasit hin und her. Das könnte ein Nebeneffekt des parasitären Stoffwechsels sein, aber auch eine „Achilles-Ferse“ des Parasiten.

Er hat seinen Namen nicht von ungefähr. Pflanzen die einmal in die Fänge des Teufelszwirns geraten, sind so gut wie verloren. Mit speziellen Organen (Haustorien) zapft der Parasit die Leitungsbahnen seiner Wirtspflanzen an und bedient sich fortan hemmungslos an Wasser und Nährstoffen. Die Wirte schwächt das, sie haben bald keine Kraft mehr um Blüten oder Früchte auszubilden. Die Folge sind Ernteverluste, teilweise Totalverluste. Vor allem in Südamerika und Afrika ist der Parasit deshalb ein Problem für die Landwirtschaft.

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Wenn der Teufelszwirn eine Pflanzeattackiert, dann tauschen Parasit und Wirt zahlreich genetische Informationen aus. Das Bild zeigt einen Teufelszwirn (Cuscuta pentagona), der eine Zuckerrübe befallen hat. 

Wenn der Teufelszwirn eine Pflanzeattackiert, dann tauschen Parasit und Wirt zahlreich genetische Informationen aus. Das Bild zeigt einen Teufelszwirn (Cuscuta pentagona), der eine Zuckerrübe befallen hat. 

Bildquelle: © Virginia Tech College of Agriculture and Life Sceinces

Botenmoleküle wandern in großen Mengen in beide Richtungen

In Science berichten Forscher jetzt, dass durch die Haustorien auch große Mengen an Boten-RNA (mRNA) zwischen Wirt und Parasit ausgetauscht werden. Sie ließen den Teufelszwirn auf zwei verschiedenen Wirtspflanzen wachsen: der Modellpflanze Arabidopsis thaliana und der Tomate. Dann analysierten sie das Transkriptom, also alle RNA-Moleküle aus dem Stängel-Gewebe der Wirtspflanzen und des Teufelszwirns. Dabei fanden sie heraus, dass in beide Richtungen ein reger Austausch von mRNA stattfand.

Etwa 45 Prozent aller RNAs aus dem Transkriptom von Arabidopsis fanden die Forscher im Teufelszwirn. Und obwohl der Massenstrom von Wasser und Nährstoffen von der Wirtspflanze zum Parasiten verläuft, fanden die Forscher rund 24 Prozent der Genabschriften aus dem Teufelszwirn in Arabidopsis wieder. Bei Tomate und Teufelszwirn zeigte sich ein ähnliches Bild, wenn auch insgesamt weniger mRNA ausgetauscht wurde.

Da die kurzen RNA-Moleküle im Organismus wichtige Entwicklungsprozesse wie das Wurzelwachstum oder den Zeitpunkt der Blüte kontrollieren, spekulieren die Wissenschaftler, dass Wirt und Parasit über die mobilen mRNAs miteinander kommunizieren.

Gezielte Kommunikation oder Nebenprodukt des Parasitismus?

Es könnte sein, dass die Parasiten aus der mRNA etwas über den physiologischen Status ihrer Wirtspflanze erfahren. Ebenfalls denkbar wäre es, dass der Teufelszwirn die Wirte mit seiner mRNA gezielt manipuliert, um ihre Verteidigungsmechanismen auszuschalten. „Jetzt, da wir herausgefunden haben, dass die Pflanzen all diese Informationen teilen, lautet die nächste Frage: Was genau erzählen sie einander?“, sagt James Westwood, der die Studie geleitet hat. Doch, erzählen Sie einander überhaupt etwas?

Ralf Kaldenhoff ist sich da nicht so sicher. Der Biologieprofessor der TU Darmstadt, der ebenfalls an Teufelszwirn forscht, auch wenn er an der aktuellen Studie nicht beteiligt war, bezeichnet die Daten als „informativ und verwirrend zugleich“. Informativ, weil zum ersten Mal gezeigt wurde, in welchem Ausmaß mRNAs zwischen den Spezies wandern. Verwirrend, weil es bisher keine Erklärung und kein Muster gibt, warum einige mRNAs mobil sind und andere nicht. „Die Frage ist, ob das Phänomen überhaupt eine spezifische biologische Funktion hat oder nur eine Sekundärfolge des Parasitismus ist“, erklärt Kaldenhoff.

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Die Gattung Teufelszwirn (Cuscuta) hat zahlreiche Unterarten. Das Bild zeigt die Nessel-Seide (Cuscuta europea), auch Hopfen-Seide genannt. Mit der tierischen Textilfaser Seide hat der Parasit jedoch nichts zu tun. Es handelt sich um eine Pflanzengattung aus der Familie der Windengewächse (Convolvulaceae).

Die Gattung Teufelszwirn (Cuscuta) hat zahlreiche Unterarten. Das Bild zeigt die Nessel-Seide (Cuscuta europea), auch Hopfen-Seide genannt. Mit der tierischen Textilfaser Seide hat der Parasit jedoch nichts zu tun. Es handelt sich um eine Pflanzengattung aus der Familie der Windengewächse (Convolvulaceae).

Bildquelle: © Michael Becker/ wikimedia/ CC BY-SA 3.0

Denn es ist ebenfalls möglich, dass der Transport von mRNA nichts weiter ist, als ein Nebenprodukt des vampirischen Nährstoffdiebstahls. Dafür spricht unter anderem, dass gerade solche RNAs als mobil eingestuft wurden, die besonders häufig in Pflanzen vorkommen, wie die mRNA für die kleine Untereinheit des Enzyms Rubisco. Rubisco ist ein zentrales Enzym für die Photosynthese und ist dafür verantwortlich, Kohlendioxid aus der Luft zu binden (Calvin-Zyklus). Ein Nebenjob der mRNA bei der Interaktion mit parasitären Pflanzen ist schwer vorstellbar. Das räumt auch Westwood in seinem Paper ein. Unklar ist zudem, ob die fremden mRNAs in einer anderen Spezies überhaupt funktionieren und dort nicht einfach nur abgebaut werden.

Mit RNA-Interferenz gezielt Stoffwechselwege des Parasiten ausschalten

Auch über den molekularen Mechanismus hinter der mRNA-Bewegung kann bisher nur spekuliert werden. Ein Transport über das Phloem kommt in Betracht, aber auch ein symplastischer Transport durch die Zellen hindurch ist denkbar. Eindeutige Beweise für die eine oder andere Strategie gibt es bisher nicht.

Trotz aller Unklarheiten könnte es sein, dass hier eine Achilles-Ferse des Parasiten gefunden wurde. Denn wenn es gelänge, durch Zerstörung der mRNAs spezifische Stoffwechselwege im Parasiten auszuschalten, dann wäre das eine effektive Verteidigungsstrategie gegen den teuflischen Angreifer. Auch Kaldenhoff sieht hier eine „verlockende Möglichkeit, um Verfahren zur Bekämpfung parasitärer Pflanzen zu entwickeln“.

Noch ist das Interesse in Europa vor allem eines der Grundlagenforscher. Der Teufelszwirn aber auch andere parasitische Pflanzen stellen bisher keine Bedrohung für die heimische Landwirtschaft dar. Aufgrund ihrer parasitischen Lebensweise gelten diese jedoch als äußerst invasive Pflanzen. Im Zuge der Klimaerwärmung breitet sich ihr Lebensraum immer weiter nach Norden aus. In einigen Jahren könnten Landwirte auch hierzulande mit Cuscuta oder anderen Parasiten zu kämpfen haben. Spätestens dann wäre es nicht nur das Interesse der Grundlagenforscher, wirksame Strategien zu besitzen, wie man Teufelszwirn & Co. den Garaus machen kann.

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