Stoffwechsel der Maispflanze gehorcht Parasitenproteinen

Forschungsmeldung
05. Oktober 2011
Stoffwechsel der Maispflanze gehorcht Parasitenproteinen
Pilze können den pflanzlichen Stoffwechsel umlenken und so Abwehrreaktionen ausschalten
Wenn Pflanzen von Parasiten befallen werden, beginnt eine Art Wettrüsten. Die Pflanze
versucht schnellstmöglich, Abwehrmoleküle herzustellen, die den Eindringling abtöten oder
zumindest in Schach halten. Gleichzeitig versuchen die parasitären Organismen, diese
Verteidigungsmechanismen auszuschalten. Ein wichtiger parasitärer Pilz ist Ustilago maydis,
der Verursacher des Maisbeulenbrands, der bei der Maispflanze gallenartige Wucherungen
hervorrufen kann. Etwa 150 Proteine werden vom Pilz an seine Umgebung abgegeben und
sind verantwortlich für die Ernährung des Parasiten, die Zellwandmodifikation und die
Penetration des Wirtsgewebes. Eines dieser Proteine – die Chorismat-Mutase – schafft es, den
Stoffwechsel der Pflanzenzellen so umzuleiten, dass die Pflanze weniger Salizylsäuren
herstellen kann, die für die Produktion von pflanzlichen Abwehrmolekülen essenziell ist.
Mit Ustilago maydis infizierte Maispflanze mit den charakteristischen schwarzen Tumoren
(Bild: Sina Krombach)
Ustilago maydis ist ein ungewöhnlicher Parasit. Außerhalb der Pflanze, zum Beispiel in
Petrischalen im Labor, verhält er sich wie ein normaler Hefepilz. Er wächst und schnürt hin
und wieder Tochterzellen, also Klone seiner selbst, ab. Erst auf der Pflanze kommt es dazu,
dass zwei Individuen von U. maydis miteinander verschmelzen und in die Pflanze eindringen
können. Dort wächst der Pilz zunächst zwischen den einzelnen Zellen entlang, bevor er mit
seinem Myzel in die Zellen eindringt. Schon lange tüfteln Forscher an der Antwort auf die
Frage, wie genau der Pilz U. maydis es schafft, die pflanzlichen Abwehrmechanismen zu
unterdrücken. Insgesamt kommen 386 Gene, die meisten davon mit bisher unbekannter
Funktion, als mögliche Faktoren in Frage. Einem Team aus Forschern von acht verschiedenen
Einrichtungen, darunter vier Max-Planck-Instituten, ist es jetzt gelungen, das Enzym
Chorismat-Mutase als wichtigen Virulenzfaktor zu identifizieren.
Die Chorismat-Mutase ist Teil eines Stoffwechselweges, über den die Pflanze in ihren
Plastiden aus dem Ausgangsstoff Chorismat das Phytohormon Salizylsäure (SA) herstellt. SA
spielt eine wichtige Rolle bei Wachstum, Entwicklung, Nährstoffaufnahme- und
Transportprozessen in der Pflanze. Außerdem ist sie Bestandteil einer Signalkette, an deren
Ende die Produktion von schädlingsabwehrenden Proteinen steht. Das Chorismat kann jedoch
in einer ganz anderen Reaktionsfolge auch in die Aminosäure Tryptophan umgewandelt
werden, wobei keine Salizylsäure gebildet wird.
Der Pilz U. maydis sekretiert seine eigene Chorismat-Mutase Cmu1, die über einen bisher
unbekannten Mechanismus in die Maiszellen eindringt. Aufgrund der nun erhöhten
Konzentration des Enzyms im Zellplasma transportiert die Pflanze Chorismat aus den
Plastiden heraus. Da aber die Salizylsäuresynthese ausschließlich in den Plastiden stattfindet
und dort jetzt das Chorismat als Ausgangsstoff fehlt, kommt die Synthese zum Erliegen und
die Abwehrmechanismen der Pflanze brechen zusammen.
Die vom Pilz abgesonderte Chorismat-Mutase ist vermutlich nicht der alleinige Verursacher
aller beobachteten morphologischen Veränderungen an der Pflanze, sondern vielmehr Teil
eines ganzen Cocktails von Effektorproteinen. Da jedoch bei vielen biotrophen
Pflanzenpathogenen und Symbionten Gene für sekretierte Chorismat-Mutasen gefunden
worden sind, scheint dies eine weit verbreitete Strategie zur Manipulation des Wirtsgenoms
zu sein.
CSt
Kontakt
Alisdair Fernie
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam
Tel. 0331/567 8232
[email protected]
Claudia Steinert
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam
Tel. 0331/567 8310
[email protected]
http://www.mpimp-golm.mpg.de
Originalveröffentlichung
Armin Djamei, Kerstin Schipper, Franziska Rabe, Anupama Ghosh, Volker Vincon, Jörg
Kahnt, Sonia Osorio, Takayuki Tohge, Alisdair R. Fernie, Ivo Feussner, Kirstin Feussner,
Peter Meinicke, York-Dieter Stierhof, Heinz Schwarz, Boris Macek, Matthias Mann, Regine
Kahmann
Metabolic priming by a secreted fungal effector
Nature, Online-Veröffentlichung am 06. Oktober, DOI: 10.1038/nature10454