Pflanzenmetabolismus verwirren
Wie Pilze den Phosphatstatus von Pflanzen manipulieren
Sporen des Reisbrandpilzes (Magnaporthe oryzae). Der Reisbrandpilz befällt nicht nur Reis, sondern auch andere wichtige Getreidearten wie Weizen, Roggen, Gerste und Perlhirse. (Bildquelle: © Donald Groth - USDA Forest Service, gemeinfrei / Wikipedia)
Forschungsergebnisse der RWTH Aachen, in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern, zeigen, wie Pilz-Pathogene gezielt pflanzliche Sensoren manipulieren, um ihre Infektion zu erleichtern. Dabei spielt der gezielte Einsatz von Protein-Effektoren, insbesondere der sogenannten NUDIX-Hydrolasen, eine entscheidende Rolle.
Pilz-Pathogene setzen eine Vielzahl kleiner Proteine ein, um die zellulären Abwehrmechanismen ihrer Wirtspflanzen zu unterwandern. Forschende haben untersucht, wie Mitglieder der NUDIX-Familie – ein in zahlreichen Pathogenen vorkommendes Protein – gezielt in Pflanzenzellen eingreifen. Diese Effektoren wirken, indem sie das zentrale Phosphat-Sensingsystem der Pflanze stören. Denn Pflanzen messen ständig ihren Gehalt an Inositolpyrophosphat (PP-InsP), der wichtigsten Phosphatverbindung, um die Verfügbarkeit von anorganischen Phosphats (Pi) zu kontrollieren – ein entscheidender Faktor für Zellwachstum und Stoffwechsel.
Molekularer Mechanismus: Phosphatmangel vortäuschen
Die NUDIX-Hydrolasen der Pilze, wie beispielsweise aus Magnaporthe oryzae sowie Colletotrichum-Arten, hydrolysieren selektiv PP-InsP. Durch diesen enzymatischen Eingriff wird der Eindruck eines Phosphatmangels in den Pflanzenzellen erweckt.
Ein NUDIX-Hydrolase: Mit diesen Proteinen manipulieren Schadpilze sehr effektiv die pflanzliche Phosphatmessung.
Bildquelle: © Jawahar Swaminathan and MSD staff / European Bioinformatics Institut, Public Domain / Wikimedia
Dies führt dazu, dass die Pflanze vermehrt in wachstums- und ernährungsorientierte Stoffwechselprozesse investiert, anstatt eine angemessene Immunabwehr zu aktivieren. Somit werden die Abwehrmechanismen der Pflanze geschwächt, was dem Pilz eine erfolgreichere Infektion ermöglicht. Gen-Deletionsexperimente in mehreren pathogenen Systemen belegen, dass das Entfernen dieser NUDIX-Effektoren zu einer erheblich reduzierten Virulenz führt und die Krankheitssymptome in den betroffenen Pflanzen deutlich abschwächt.
Die Ergebnisse zeigen, dass diese Strategie ein genereller Virulenzmechanismus ist, der von verschiedenen pilzlichen Krankheitserregern genutzt wird, um unterschiedliche Wirtspflanzen anzugreifen – von Reis über Mais bis hin zu Gerste und anderen Kulturen.
Bedeutung für den Pflanzenschutz
Die Entschlüsselung dieses molekularen Mechanismus bietet neue Ansatzpunkte, um die Abwehrkräfte von Nahrungspflanzen gezielt zu stärken. Indem die Manipulation der Phosphatsensitivität verhindert wird, könnte es möglich sein, die Immunreaktion der Pflanzen zu verbessern und somit Ernteausfälle zu minimieren.
„In Zukunft werden wir unsere Forschung zur Manipulation pflanzlicher Stressreaktionen durch Krankheitserreger weiter vorantreiben, um damit langfristig Ernteausfällen vorbeugen zu können“, so der Projektleiter Professor Ulrich Schaffrath von der RWTH Aachen.
Quelle:
McCombe, C. L. et al. (2025): Plant pathogenic fungi hijack phosphate signaling with conserved enzymatic effectors. In: Science 387, (2025). doi: 10.1126/science.adl5764
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Titelbild: Sporen des Reisbrandpilzes (Magnaporthe oryzae). Der Reisbrandpilz befällt nicht nur Reis, sondern auch andere wichtige Getreidearten wie Weizen, Roggen, Gerste und Perlhirse. (Bildquelle: © Donald Groth - USDA Forest Service, gemeinfrei / Wikipedia)
