Die Mehrheit der Pflanzen lebt in Symbiose mit Mykorrhiza-Pilzen. Die Pilzgeflechte an den Wurzeln versorgen die Pflanzen mit wichtigen Nährsalzen wie Phosphor und Stickstoff sowie Wasser aus dem Boden. Im Gegenzug wird der Pilz mit energiereichen Kohlenhydraten ernährt, welche die Pflanze aus der Photosynthese gewinnt und beisteuert. Nun haben Forscher der Ludwig-Maximilians-Universität München (TUM) nachgewiesen, dass die Pflanze ihre Pilz-WG nicht nur mit Zucker beliefert. Wie das Team um die Biologin Caroline Gutjahr im Fachjournal „eLife" berichtet, werden Mykorrhiza-Pilze von ihren pflanzlichen Partnern gleichfalls mit Fetten versorgt, die der Bodenpilze, für den Aufbau zellulärer Membranen und als Energiespeicher benötigt.

Mutanten und Wildtyp auf Lipide untersucht

Für gewöhnlich fehlen Mykorrhiza-Pilzen die Gene für eine Lipidbiosynthese, sodass sie bestimmte, dringend benötigte Fettsäuren nicht selber herstellen können. „Wir haben deshalb mithilfe zweier Mutanten der Modellpflanze Lotus japonicus untersucht, ob die Pflanze diesen Mangel ausgleicht“, erläutert Caroline Gutjahr. Bei der Modellpflanze handelt es sich um eine Verwandte des Hornklees, also eine Hülsenfrucht, die mit den Leguminosen Klee, Erbsen, Bohnen und Linsen verwandt ist. Die beiden Mutanten wiesen jeweils Veränderungen in Genen auf, die für die Fettsäure- und Lipidbiosynthese eine wichtige Rolle spielen. Im Vergleich zum Wildtyp der Leguminose Lotus japonicus wurden diese allerdings weniger durch Mykorrhiza-Pilze besiedelt, sodass sich die Arbuskeln – die bäumchenförmig verzweigten Pilzhyphen in den Pflanzenwurzeln, über die der Nährstoffaustausch erfolgt – nicht voll entwickeln.

Mykorrhiza-Pilze meiden Mutanten

Das Screening der Fettsäuren und Lipide in den mykorrhizierten Wurzeln von Wildtyp und Mutanten ergab: Bestimmte pilzspezifische Fettsäuren in der Mykorrhiza der Mutanten fehlten entweder ganz oder waren nur in geringen Mengen vorhanden. Mithilfe stabiler Kohlenstoff-Isotope wiesen die Forscher schließlich nach, dass der Wildtyp nicht nur Zucker, sondern tatsächlich auch Lipide an den Pilz überträgt. Die Forscher gehen davon aus, dass der die Pilze die Lipide verwenden, um schnell ein dichtes und weitverzweigtes Hyphennetz zu bauen sowie Sporen zu bilden.

Als nächste will das Münchner Team um Gutjahr erforschen, wie die Lipide von der Pflanze in den Pilz kommen. „Außerdem ist es wichtig, herauszufinden, in welchem Verhältnis Zucker und Lipide dem Pilz zur Verfügung gestellt werden“, sagt Gutjahr. Zu Wissen, wie viel Energie eine Pflanze in den Pilz investiert, könnte helfen, Symbiose-optimierte Nutzpflanzen zu züchten.

bb