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Die globale Nahrungsmittelversorgung hängt von einer erfolgreichen Landwirtschaft und damit verbunden auch von dem gezielten Schutz der Nahrungspflanzen gegenüber Pflanzenkrankheiten ab. Forschende der RWTH Aachen, der Australian National University (Canberra) und der Louisiana State University fanden heraus, wie pilzliche Pathogene gezielt eine Stressreaktion von Pflanzen ausnutzen. Die Ergebnisse dieser Studie gelten für verschiedene Nahrungspflanzen, wie Reis oder Mais, und für eine ganze Gruppe pflanzenpathogener Pilze und wurden jetzt in der sehr renommierten Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht.
Pilze manipulieren das Immunsystem von Pflanzen auf vielfältige Weise, um sich selbst als erfolgreiches Pathogen zu etablieren. Hierbei spielen kleine Pilzmoleküle eine Rolle, die während der Infektion der Pflanze abgegeben werden und dann in die Zellen der Pflanzen gelangen. Aufgrund bestimmter Merkmale können solche Moleküle zwar vorhergesagt werden, die präzise Funktion, wie diese die Abwehr der Pflanzenzellen unterlaufen, ist in den meisten Fällen jedoch unklar. Die Forschenden der RWTH Aachen um Professor Ulrich Schaffrath vom Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie haben mit einem solchen Proteinmolekül gearbeitet. „Wir waren der Nudix-Hydrolase des Pilzes Magnaporthe oryzae schon länger auf der Spur und konnten durch gezielte Manipulation eine Mutante herstellen, der zwei Gene fehlen, welche den genetischen Bauplan für das betreffende Protein enthalten“, erklärt Dr. Alex Wegner von der RWTH und einer der beiden Erstautoren. Experimente zeigen, dass diese Mutanten aufgrund des Fehlens der Nudix-Hydrolase eine verminderte Virulenz auf Reis- und Gerstenpflanzen besitzen.
Auf einer internationalen Tagung stellten Florencia Casanova und Louisa Wirtz, Doktorandinnen an der RWTH und Mitautorinnen der Studie, ihre Ergebnisse vor und kamen so in Kontakt mit den Forschenden aus Australien und Amerika. „Erst die umfassende Analyse der Ergebnisse aller drei Labore führte zum Verständnis des Mechanismus, wie der Pilz die Nudix-Hydrolasen für seine Virulenz nutzt“, erklärt Professor Ulrich Schaffrath. Tatsächlich führt die Sekretion dieses pilzlichen Proteins dazu, dass den Pflanzenzellen eine Phosphatmangelsituation suggeriert wird. Als Folge investiert die Pflanze vermehrt in Stoffwechselprozesse, um den vermeintlichen Mangel an diesem wichtigen Nährstoff auszugleichen und hat gleichzeitig nicht genügend Ressourcen, um eine umfangreiche Immunabwehr aufrecht zu erhalten. Gemeinsam konnten die Forschenden der drei beteiligten Institute zeigen, dass es sich dabei um einen generellen Virulenzmechanismus verschiedener Krankheitserreger auf unterschiedlichen Wirtpflanzen handelt.
Ulrich Schaffrath betont, dass dieser Prozess der Krankheitsentstehung nur durch die Zusammenarbeit aller Partner mit ihren unterschiedlichen Expertisen, entschlüsselt werden konnten. Ein Paradebeispiel für grenzüberschreitende Interdisziplinarität. Auf Seiten der RWTH wurden die Arbeiten durch die Deutsche Forschungsgesellschaft und zwei RWTH-Graduiertenstipendien zur Förderung exzellenter Doktorandinnen und Doktoranden maßgeblich unterstützt. „In Zukunft werden wir unsere Forschung zur Manipulation pflanzlicher Stressreaktionen durch Krankheitserreger weiter vorantreiben, um damit langfristig Ernteausfällen vorbeugen zu können“, prognostiziert Professor Ulrich Schaffrath.
Apl. Prof. Dr. Ulrich Schaffrath
Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie
Tel.: +49 241 80-20100
Mail: schaffrath@bio3.rwth-aachen.de
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl5764
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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