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Arbuskuläre Mykorrhiza

Nützliche von schädlichen Pilzen unterscheiden

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Arbuskuläre Mykorrhiza – Dieses Modell einer kolonisierten Wurzel zeigt den Zentralzylinder in gelber Farbe; die Wurzelrinde ist transparent dargestellt. Die Kolonisierung durch den Pilz beschränkt sich auf die Wurzelrinde. (Bild: UFZ)
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Arbuskuläre Mykorrhiza – Dieses Modell einer kolonisierten Wurzel zeigt den Zentralzylinder in gelber Farbe; die Wurzelrinde ist transparent dargestellt. Die Kolonisierung durch den Pilz beschränkt sich auf die Wurzelrinde. (Bild: UFZ)

Von einer symbiontischen Gemeinschaft profitieren beide Partner: Im Fall der Arbuskulären Mykorrhiza holen sich die Arbuskulären Mykorrhiza-Pilze (AM-Pilze) von ihren Wirtspflanzen Kohlenhydrate, dafür versorgen sie diese mit Stickstoff oder Phosphat. Wie es Pflanzen gelingt, zwischen nützlichen und krankmachenden Pilzen zu unterscheiden, hat ein Team des Botanischen Instituts am Karlsruher Institut für Technologie untersucht.

Karlsruhe – Seit Millionen von Jahren geschieht es direkt unter dem Boden: das Wechselspiel zwischen Pilzen und Pflanzen. Dank der mikroskopisch kleinen Organismen, den arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen (AM-Pilzen), gedeiht die Pflanze, ihr Wachstum verbessert sich. Pflanzenpathogene Pilze sind die „bösen Brüder“ dieser AM-Pilze: Sie vermehren sich auf Kosten ihres Wirtes, schädigen die Pflanze oder töten sie sogar. Wie gelingt es der Pflanze zwischen Freund und Feind zu unterscheiden? Warum gibt es bei der Kolonisierung durch die AM-Pilze keine der typischen Abwehrreaktionen der Pflanze, wie sie bei pathogenen Pilzen zu beobachten sind?

Diesen Fragen ging die Arbeitsgruppe „Pflanzen-Mikroben-Interaktionen“ um Professorin Natalia Requena am Botanischen Institut des KIT nach. Die Wissenschaftlerinnen konnten zeigen, dass AM-Pilze in der Lage sind, mit ihrem Pflanzenpartner zu kommunizieren. Hierbei wirkt ein vom Pilz abgesondertes Protein als Signalstoff. Die Forschergruppe konnte so zeigen, dass dieses Protein von den pflanzlichen Zellen aufgenommen wird, in den Zellkernen mit einem Protein der Pflanze interagiert und dadurch das zelluläre Programm des Pflanzenpartners „umschreibt“. Auf diese Weise kann der Pilz die Auslösung von Verteidigungsmechanismen unterdrücken.

Erster für AM-Pilze beschriebener Effektor

Moleküle, die eine derartige Umwandlung bewirken, heißen Effektoren. In zahlreichen pathogenen Mikroorganismen wurden solche Proteine bereits entdeckt und in ihrer Funktion erforscht. Jedoch konnte nie zuvor gezeigt werden, dass auch symbiotische Pilze auf diesen Mechanismus zurückgreifen um ihren Wirt zu beeinflussen. Das von Requenas Forschergruppe entdeckte Protein „SP7“ ist somit der bisher einzige für AM-Pilze beschriebene Effektor. Diese Erkenntnis kann zu einem besseren Verständnis dieser nützlichen Symbiose führen und so möglicherweise den Weg für einen verbesserten Einsatz von AM-Pilzen in der nachhaltigen Landwirtschaft ebnen.

Anspruchsvolle Analyse der AM-Pilze

„Die Schwierigkeit in der Arbeit mit AM-Pilzen liegt darin, dass die Pilze sich nur zusammen mit ihrem Pflanzenpartner kultivieren lassen. Das macht es schwierig, Pilz-Material in ausreichenden Mengen für die Analyse zu gewinnen“, sagt Silke Kloppholz vom Botanischen Institut. Zudem war es bisher nicht möglich, AM-Pilze genetisch zu manipulieren. Viele molekularbiologische Standardverfahren waren für diese Pilze damit nicht anwendbar. Natalia Requena und ihre Mitarbeiter mussten daher zunächst bestehende Methoden optimieren, um das Pilzmaterial trotz der geringen Menge erfolgreich untersuchen zu können. Zudem nutzen sie Umwege wie die genetische Manipulation des Pflanzenpartners oder andere genetisch zugängliche Pilze, um mehr über die Funktion des Pilz-Proteins in der Pflanze zu erfahren.

Originalpublikation:

Kloppholz et al., A Secreted Fungal Effector of Glomus intraradices Promotes Symbiotic Biotrophy, Current Biology (2011), doi:10.1016/j.cub.2011.06.044

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