Ustilago maydis ist ein parasitischer Brandpilz, der vor allem Maispflanzen befällt und die Krankheit Maisbeulenbrand auslöst. Die Beulen, sogenannte Gallen, erinnern dabei an tumorartige Gewebewucherungen. Auch im Zellinneren der Wirtspflanze wütet der Erreger: Die von dem Pilz ausgeschütteten Moleküle, sogenannte Effektoren, manipulieren den Stoffwechsel, blockieren das Immunsystem und treiben das Zellwachstum voran. Vor allem aber greifen sie in den Signalweg der Pflanze ein, der durch das Pflanzenhormon Auxin gesteuert wird. Dadurch werden zahlreiche Entwicklungsprozesse gestört.
 
„Der Pilz nutzt diesen Auxin-Signalweg für seine Zwecke“, erklärt Armin Djamei, der am INRES-Institut der Universität Bonn die Abteilung Pflanzenpathologie leitet. „Denn das massive Wachstum des Gewebes verschlingt Energie und Ressourcen, die dann für die Verteidigung gegen Ustilago maydis fehlen. Zudem findet der Pilz in den Wucherungen ein ideales Nährstoffangebot vor und kann sich dort gut vermehren.“

Rolle des Schadpilzes bei Beulenbildung untersucht

Ein Team um Armin Djamei hat daher die Rolle des Schadpilzes bei der Bildung der tumorartigen Beulen genauer untersucht, um herauszufinden, wie Ustilago maydis diese Prozesse fördert. „Wir haben dazu nach Erbanlagen des Pilzes gefahndet, die ihn befähigen, den Auxin-Signalweg seiner Wirtspflanze und damit ihr Zellwachstum zu steuern“, so Djamei. Das Phytohormon Auxin ist an nahezu allen Entwicklungsprozessen einer Pflanze beteiligt. Der Signalstoff, der in den Blättern gebildet wird, sorgt unter anderem dafür, dass die Pflanze zum Licht wächst und Seitenwurzeln bildet. Darüber hinaus ist er auf den verschiedensten Signalwegen innerhalb der Pflanze anzutreffen und steuert entsprechende Prozesse.

Fünf Gene manipulieren Auxin-Signalweg

Im Rahmen der Studie konnte die Forschenden fünf Gene identifizieren, mit denen der Pilz den Auxin-Signalweg der Wirtspflanze manipuliert. Diese fünf Erbanlagen, Tip1 bis Tip5 bilden der Studie zufolge ein sogenanntes Cluster. „Die von den fünf Tip-Erbanlagen produzierten Moleküle können an ein Protein der Maispflanze binden, das in der Fachwelt unter dem Namen Topless bekannt ist“, erklärt Janos Bindics, Mitautor der Studie.

Pilz agiert mit chirurgischer Präzision

Topless ist eine zentrale Schaltstelle. Sie unterdrückt verschiedene Signalwege in der Pflanze. Diese Unterdrückung wird von den Pilzeffektoren, die von den fünf Tip-Genen produziert werden, aufgehoben. Darunter sind auch Signalwege, die dem Pilz nützen, wie der Auxin-gesteuerte Wachstumssignalweg. „Der Pilz agiert bildlich gesprochen mit chirurgischer Präzision“, betont Djamei. „Er erreicht exakt, was er erreichen muss, um die Maispflanze bestmöglich infizieren zu können.“
 
Die Forschenden konnten auch zeigen, dass die Tip-Effektoren von Ustilago maydis auch in den Auxin-Signalweg anderer Pflanzenarten eingreifen. Die Erkenntnisse könnten daher dazu beitragen, die Infektionsprozesse bei wichtigen Pflanzenkrankheiten besser zu verstehen. Vor allem für die Grundlagenforschung ist das Wissen relevant. „Durch sie wird es erstmals möglich, ganz gezielt bestimmte Effekte des Auxin-Signalwegs zu beeinflussen und so die Wirkung dieser wichtigen Pflanzenhormone noch genauer aufzuklären“, hofft Armin Djamei.

bb