Maisbeulenbrand: Wie ein Forschungsteam den Schaltmechanismus des Pilzes entschlüsselt

Der Pilz Ustilago maydis befällt Maispflanzen und löst dabei den Maisbeulenbrand aus – erkennbar an den charakteristischen Wucherungen, die sich an den Kolben bilden.

Unter der Leitung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat ein Forschungsteam entschlüsselt, wie der Pilz den erfolgreichen Befall einer Pflanze wahrnimmt. Die Erkenntnis liefert einen zentralen Baustein für die Maisbeulenbrand-Forschung und zeigt, wie Pflanzen den Schadpilz dabei unfreiwillig unterstützen.

Im Mittelpunkt der Entdeckung steht ein Rezeptor namens Gpe1 in der Zellmembran des Pilzes. Er gehört zur Familie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, einer Klasse von Signalempfängern, die in vielen Organismen Umweltreize in zelluläre Reaktionen übersetzen.

Wer die Entdeckung gemacht hat

An der Studie waren neben der HHU auch Forschende der Georg-August-Universität Göttingen, der North Carolina State University und des Imperial College London beteiligt.

Wie erkennt der Pilz, dass er im Gewebe angekommen ist?

Bei der Infektion schleust der Pilz das Protein Pit2 aus, in dem ein kleines Peptid verborgen ist. Dringt der Pilz tiefer in das Pflanzengewebe ein, spalten pflanzliche Enzyme die schützende Struktur von Pit2 auf und setzen das Peptid frei. Dieses freigesetzte Peptid aktiviert anschließend den Rezeptor Gpe1 auf der Pilzoberfläche.

Nach der Aktivierung von Gpe1 teilen sich die Pilzzellen deutlich schneller, der Zellteilungszyklus verkürzt sich spürbar. Eine zentrale Funktion übernimmt dabei der Regulator Clp1, der an den Zellzyklus gekoppelt ist und immer dann gebildet wird, wenn der Pilz in eine Pflanzenzelle eindringt. Er sorgt dafür, dass die Zellteilung des Pilzes wieder in Gang kommt.

Die wichtigsten Stationen des entschlüsselten Signalwegs lassen sich so zusammenfassen:

• Der Pilz setzt das Protein Pit2 mit einem eingebetteten Peptid frei.
• Pflanzliche Enzyme spalten die Schutzstruktur und legen das Peptid frei.
• Das Peptid aktiviert den Rezeptor Gpe1 in der Pilzmembran.
• Der Regulator Clp1 setzt daraufhin die schnellere Zellteilung in Gang.

Was die Forschung daraus ableitet

Zudem stießen die Wissenschaftler auf Anzeichen dafür, dass Gpe1 und Pit2 sich evolutionär aneinander angepasst haben – ein Indiz für ein fein aufeinander abgestimmtes Signalsystem zwischen Pilz und Rezeptor.

Was als Nächstes kommt

Damit rückt die Frage in den Mittelpunkt, ob sich der bei Ustilago maydis entdeckte Mechanismus auch auf andere pflanzenschädigende Pilzarten übertragen lässt und welche Ansatzpunkte sich daraus für den Pflanzenschutz ergeben.