Pflanzengesundheit: Mehltauresistenz macht Blütenpflanzen unfruchtbar
© Ralph Panstruga & Maret Kalda, MPI für Züchtungsforschung (Ausschnitt)
Mehltau befällt sowohl Nutz- als auch Zierpflanzen und kann in der Landwirtschaft zu schweren Ernteeinbußen führen. Wissenschaftler um Ueli Grossniklaus von der Universität Zürich haben nun weitere molekulare Grundlagen der Infektion aufgedeckt: Sie konnten an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) zeigen, dass bei dem Pilzbefall ähnliche Kommunikationsproteine eine Rolle spielen wie bei der Befruchtung.
Für diese muss der Blütenpollen erst einen Schlauch zum Fruchtknoten mit den Samenanlagen ausbilden, durch den dann die Spermazellen wandern. Auf ähnliche Weise durchdringen auch manche Pilze, wie die Erreger des Echten Mehltaus, das Pflanzengewebe durch Spitzenwachstum. Die Signalproteine, die den Vorgang im Endspurt steuern, also beim Andocken an die Zielzelle, scheinen sich mit denen bei der Befruchtung zu überschneiden.
Grossniklaus und sein Team identifizierten bereits vor einigen Jahren zwei Gene namens Nortia und Feronia, die eine zentrale Rolle bei der Kommunikation zwischen dem Pollenschlauch und der weiblichen Zielzelle beim Befruchtungsvorgang spielen. Sie entdeckten, dass das Nortia-Gen molekular dem Mlo-Gen in Gerste sehr ähnelt. Dieses ist dort für die Anfälligkeit für Mehltauinfektion verantwortlich: Mlo-Mutanten sind gegen eine Vielzahl von Mehltauerregern resistent. Das Nortia-Gen wird allerdings nur im Geschlechtsapparat der Zelle abgelesen und kann daher nicht für die Anfälligkeit gegenüber Mehltau verantwortlich sein, da die Pilze Pflanzenzellen in den Blättern befallen.
Die Wissenschaftler untersuchten Feronia, das andere Gen, das für die Kommunikation zwischen Pollenschlauch und Zielzelle wichtig ist. Dieses ist auch in den von der Pilzinfektion betroffenen Pflanzenzellen aktiv. In Arabidopsis zeigten die Forscher, dass Pflanzen mit intaktem Feronia-Gen anfällig für eine Mehltauinfektion waren, während Feronia-Mutanten sich resistent zeigten. Doch die Resistenz ist hier mit einem hohen Preis verbunden: Die Pflanze mit dem mutierten Feronia-Gen war unfruchtbar.
Beide Prozesse – die Steuerung des Spitzenwachstums von Pollenschläuchen und die von Pilzhyphen – nutzen also die gleichen oder zumindest sehr ähnliche Moleküle. Diese Kopplung von Anfälligkeit für Mehltau und Fruchtbarkeit in Arabidopsis sei auch der Grund, warum die Pflanze im Laufe der Evolution das Gen, das sie anfällig für die Pilzerkrankung mache, nicht loswerden konnte, so Grossniklaus. Auch Züchtungen von resistenten Pflanzen könnten dadurch erschwert werden. (fb)
Für diese muss der Blütenpollen erst einen Schlauch zum Fruchtknoten mit den Samenanlagen ausbilden, durch den dann die Spermazellen wandern. Auf ähnliche Weise durchdringen auch manche Pilze, wie die Erreger des Echten Mehltaus, das Pflanzengewebe durch Spitzenwachstum. Die Signalproteine, die den Vorgang im Endspurt steuern, also beim Andocken an die Zielzelle, scheinen sich mit denen bei der Befruchtung zu überschneiden.
Grossniklaus und sein Team identifizierten bereits vor einigen Jahren zwei Gene namens Nortia und Feronia, die eine zentrale Rolle bei der Kommunikation zwischen dem Pollenschlauch und der weiblichen Zielzelle beim Befruchtungsvorgang spielen. Sie entdeckten, dass das Nortia-Gen molekular dem Mlo-Gen in Gerste sehr ähnelt. Dieses ist dort für die Anfälligkeit für Mehltauinfektion verantwortlich: Mlo-Mutanten sind gegen eine Vielzahl von Mehltauerregern resistent. Das Nortia-Gen wird allerdings nur im Geschlechtsapparat der Zelle abgelesen und kann daher nicht für die Anfälligkeit gegenüber Mehltau verantwortlich sein, da die Pilze Pflanzenzellen in den Blättern befallen.
Die Wissenschaftler untersuchten Feronia, das andere Gen, das für die Kommunikation zwischen Pollenschlauch und Zielzelle wichtig ist. Dieses ist auch in den von der Pilzinfektion betroffenen Pflanzenzellen aktiv. In Arabidopsis zeigten die Forscher, dass Pflanzen mit intaktem Feronia-Gen anfällig für eine Mehltauinfektion waren, während Feronia-Mutanten sich resistent zeigten. Doch die Resistenz ist hier mit einem hohen Preis verbunden: Die Pflanze mit dem mutierten Feronia-Gen war unfruchtbar.
Beide Prozesse – die Steuerung des Spitzenwachstums von Pollenschläuchen und die von Pilzhyphen – nutzen also die gleichen oder zumindest sehr ähnliche Moleküle. Diese Kopplung von Anfälligkeit für Mehltau und Fruchtbarkeit in Arabidopsis sei auch der Grund, warum die Pflanze im Laufe der Evolution das Gen, das sie anfällig für die Pilzerkrankung mache, nicht loswerden konnte, so Grossniklaus. Auch Züchtungen von resistenten Pflanzen könnten dadurch erschwert werden. (fb)
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