Im Doppelpack gegen Pilze

Weizen ist eine unserer wichtigsten Nahrungspflanzen. Weltweit nimmt er die meiste Anbaufläche ein. Doch nahezu überall auf der Welt ist die Weizenernte in Gefahr. Pilzkrankheiten breiten sich immer weiter aus und infizieren Felder von Südamerika bis Kanada, von Afrika bis Russland. In kalten Gegenden sterben die Pilze im Winter zwar ab, doch in wärmeren Regionen überleben sie. Mit dem Wind fliegen sie in der nächsten Saison Richtung Norden – es gibt kein Entkommen. Schätzungen zufolge könnte bis 2050 die globale Weizenproduktion um 13 Prozent einbrechen.

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Forschende arbeiten deshalb mit Hochdruck daran, Gene zu identifizieren, die bisher unbekannte Resistenzen gegen Pilzkrankheiten vermitteln. Genau das ist einem Forschungsteam aus China nun gelungen. In einer Studie im Fachjournal Science stellen sie einen neu entdeckten Mechanismus des pflanzlichen Immunsystems vor, der gleich vor mehreren Pilzkrankheiten schützt. Geleitet wurden die Experimente von Professor Liu Zhiyong vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

Zelltod stoppt Ausbreitung des Erregers in der Pflanze

In Pflanzen basiert das Immunsystem zu einem großen Teil auf NLR-Proteinen. Sie erkennen Pathogene anhand verräterischer Effektor-Moleküle. Infolgedessen wird eine Immunantwort ausgelöst – häufig mit dem Ergebnis, dass infizierte Pflanzenteile absterben, um eine weitere Ausbreitung des Krankheitserregers zu verhindern.

Eine andere, erst vor Kurzem entdeckte Klasse von Resistenzproteinen in Weizen und Gerste sind die Tandem-Kinasen-Proteine (TKPs). Sie verfügen über zwei Kinasedomänen und können Resistenzen gegen eine Reihe von Pilzerkrankungen vermitteln, etwa gegen Weizenstreifenrost, Weizenstielrost, Weizenblattrost, Echten Mehltau und Weizenbrand. Doch bisher war unklar, über welchen Mechanismus die Tandem-Kinasen die Immunantwort auslösen.

Sensor-Executor-Modul: Gemeinsam zum Erfolg

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Die Experimente zeigten, dass der Schlüssel zum Erfolg in der Zusammenarbeit liegt. Das NLR-Protein WTN1 (Wheat Tandem NBD 1) kooperiert mit einer Tandemkinase namens WTK3. Die beiden Eiweiße bilden einen Komplex, der als Sensor-Executor-Modul bezeichnet wird. Dabei gilt folgende Arbeitsteilung: WTK3 (oder seine allelische Variante Rwt4) erkennt die Effektormoleküle, WTN1 löst eine Signalkaskade aus, die zur Bildung von Calciumkanälen und schließlich zum programmierten Zelltod führt.

Höchstwahrscheinlich handelt es sich bei WTK3/Rwt4 und WTN1 um eine funktionale Einheit, die sich im Verlauf der Evolution gemeinsam entwickelt hat. Interessanterweise erkennt WTK3 nicht nur Echten Mehltau, sondern auch Effektormoleküle des Weizenbranderregers. Möglicherweise kann WTK3 daher auch eine Resistenz gegen diesen Schadpilz vermitteln.

Neue resistente Weizensorten dringend gesucht

Neben dem reinen Wissenszuwachs bietet diese Studie auch Ansatzpunkte für die zukünftige Züchtung neuer Weizensorten mit breitem Resistenzspektrum. Frühere Arbeiten hatten bereits gezeigt, dass WTK3 (in früheren Studien als Pm24 bezeichnet) eine einzigartige genetische Ressource ist, die aus einer chinesischen Landrasse stammt. Durch Rückkreuzungen mit Elitesorten und markergestützte Selektion ist es den Forschenden gelungen, dieses Gen in mehrere Hochertragssorten einzuführen. Das Keimplasma wurde anschließend an örtliche Züchtungsfirmen verteilt, damit diese direkt von der Grundlagenforschung profitieren können.

Doch nicht nur in China breiten sich Mehltau und andere Schadpilze aus – weltweit stellen sie eine ernsthafte Bedrohung für die Ernährungssicherheit dar. Neue Resistenzgene, die idealerweise gleich gegen mehrere Pilzkrankheiten wirken, sind daher dringend erforderlich.

Quelle:
Ping Lu et al.(2025): A wheat tandem kinase and NLR pair confers resistance to multiple fungal pathogens. In: Science (05. Mai 2025). doi: 10.1126/science.adp5469

Zum Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:

• Weizen: Mehr Pilzinfektionen durch Klimawandel – Große Ertragseinbußen durch Weizenbrand prognostiziert
• Bedrohliche Verwandtschaftsverhältnisse – Genom-Überwachung enthüllt Ursprung und Anpassungsfähigkeit des Weizenbrand-Erregers in Afrika
• Weizenzüchtung – Das Potenzial alter Landrassen nutzbar machen

Titelbild: Unterschiedliche Weizenlinien sind mit Rostpilzen infiziert worden. Die resistenten Linien zeigen keine Schäden durch den Pilz. (Bildquelle: © Kelbin Vasiliy - Own work / Wikimedia, CC BY 4.0)