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21.09.2016

Symbiose: Pilz schaltet Wurzel-Gene an

Karlsruher Forscher haben aufgedeckt, wie Klee mit Pilzen Freundschaft schließt. Die Mykorrhiza-Fäden im Boden kurbeln das Wurzelwachstum an.

Unter dem Mikroskop ist zusehen, wie der AM-Pilz (grün) die innere Wurzelrinde erreicht und dort die Arbuskeln bildet.
Unterm Mikroskop ist zu sehen, wie der AM-Pilz (grün) die innere Wurzelrinde erreicht und dort Arbuskeln bildet.
Quelle: 
Carolin Heck/KIT

Pilze wie der falsche Mehltau oder der Grauschimmelpilz machen Hobbygärtnern und Landwirten gleichfalls das Leben schwer. Aber es gibt aber auch viele Pilze, die in Symbiose mit Pflanzen leben und sich so gegenseitig bereichern. Mehr als 80 % aller Landpflanzen gehen solch eine enge Lebensgemeinschaft mit arbuskulären Mykorrhizapilzen (AM-Pilze) ein, die ihr Wachstum fördern. Da Pilze keine Photosynthese betreiben können, erhalten sie von der Pflanze die lebensnotwendigen Kohlenhydrate. Im Gegenzug versorgt der Pilz die Pflanze mit Wasser sowie Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphat und schützt sie von Schädlingen. Das Besondere: weder nährstoffarme Böden noch andere Stressfaktoren können die Symbiose beeinträchtigen.

Außergewöhnliche Anpassungsfähigkeit

Doch wie kommt diese freundschaftliche Bindung zustande? Diese Fragen haben sich Forscher vom  Botanischen Institut am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gestellt. Unter der Leitung von Natalia Requena untersuchte eine Arbeitsgruppe die molekularen Prozesse bei der Ausbildung der Symbiose. „Die Ausbildung einer Symbiose mit arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen verlangt von Pflanzen eine außergewöhnliche und genau gesteuerte Anpassung“, erklärt Natalia Requena.

Genschalter steuert Wurzelrindenentwicklung

Wie die Wissenschaftler im Fachjournal Current Biology berichten, ist dafür ein Gen verantwortlich, das von den AM-Pilzen gezielt aktiviert wird und die Entwicklung der Pflanzenwurzel beeinflusst. Dabei handelt es sich um den Transkriptionsfaktor MIG1. Er verändert die Wurzelrindenentwicklung, indem er dafür sorgt, dass mehr und größere Wurzelrindenzellen entstehen, sodass der Durchmesser der Wurzeln deutlich zunimmt. Wurde die Aktivität von MIG1verringert, kam es hingegen zu missgebildeten Arbuskeln, wie die Studie ergab.

Pflanze übernimmt Regie für Symbiose

Welche Rolle das Gen spielt, zeigte sich den Forschern um Requena bei der Untersuchung einer Pflanzenart aus der Gattung der Schneckenklees, Medicago truncatula. „Die Pflanze aktiviert ihre genetischen Programme für eine solche Symbiose noch vor dem ersten physischen Kontakt mit dem Pilz, sobald sie einen von diesem abgesonderten Signalstoff empfängt“, berichtet Natalia Requena. Die Regie für die Ausbildung der Symbiose übernimmt im folgenden weitestgehend die Pflanze, wie die Untersuchung ergab. Dabei ist die Besiedlung von Pflanzenwurzeln durch AM-Pilze auf das Abschlussgewebe und die Rinde beschränkt. Die Zellfäden des Pilzes, die sogenannten Hyphen, dringen tief in die Wurzelrinde ein und bilden weitverzweigte Strukturen, sogenannte Arbuskeln. Die Lebenspartnerschaft wird besiegelt, in dem die Pflanze mit einer eigens synthetisierten periarbuskulären Membran (PAM) diese Arbuskeln umhüllt. 

bb

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