Wenn die Laderampe für die Rohstoffanlieferung versperrt ist, ist auch die gefährlichste Waffenfabrik harmlos. Nach diesem Prinzip verteidigen sich Maispflanzen gegen den Pilz Ustilago maydis, der die Krankheit Maisbeulenbrand auslöst, wie Forscher der Universität Marburg und des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie im Fachjournal „Nature“ berichten.

Pilzenzym verhindert Bildung von Salizylsäure

Wenn der Pilz eine Maispflanze befällt, greift er deren Zellen mit sogenannten Effektormolekülen an. Diese bringen die Infektion voran, bekämpfen aber auch die Verteidigungsmechanismen des Wirtes. Zu den Effektormolekülen zählt die Chrosimat Mutase 1 (Cmu1). Dieses Enzym manipuliert einen bestimmten Stoffwechselweg der Maispflanze, über den diese Salizylsäure bildet. „Der wichtige Botenstoff Salizylsäure signalisiert in der Pflanze die Infektion durch schädliche Organismen“, erläutert Regine Kahmann vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie.

Kiwellin blockiert das Pilzenzym

Der Mais kann sich gegen diesen Angriff wehren, wie die Forscher feststellten: Ein bestimmtes Protein aus der Gruppe der Kiwelline unterbindet die Aktivität der Chrosimat Mutase. Mittels Röntgenkristallographie gelang es dem Team, den zugrunde liegenden Mechanismus aufzuklären: „Die Struktur zeigt eindrücklich, dass das Abwehrprotein den Zugang der Substrate und damit die katalytische Funktion der Cmu1 blockiert“, erklärt Gert Bange vom Fachbereich Chemie der Philipps-Universität Marburg. So kann das Enzym nicht den Ausgangsstoff Chorismat verbrauchen und diesen dem Stoffwechsel der Maispflanze entziehen.

Potenzielle Anwendung in der Pflanzenzüchtung

Von Kartoffeln und Tomaten war bereits bekannt, dass sie bei Schädlingsbefall vermehrt Proteine aus der Gruppe der Kiwelline produzieren. Das ließ vermuten, dass diese Proteinklasse Teil der Immunantwort ist. Auch bei Mais fanden die Forscher nun 20 unterschiedliche Kiwelline. An der Abwehr gegen Cmu1 war jedoch keines dieser weiteren Proteine beteiligt. Die Forscher hoffen nun, dass Kiwelline mittelfristig bei Mais und anderen Agrarpflanzen auf biotechnologischem Weg zum Pflanzenschutz beitragen können.

bl