Pilzkrankheit bei Mais: Sind resistente Sorten möglich?

Ein Forschungsteam der Universität Bonn beschäftigt sich mit einer Pilzkrankheit, die für Wucherungen an Mais sorgt. Das Ziel ist, resistente Sorten zu züchten.

• Pilzkrankheit Ustilago maydis befällt Mais
• Erkenntnisse der Studie
• Funktionsweise des Pilzes
• Züchtung resistenter Sorten

Durch den Pilz Ustilago maydis können sich an Maiskolben tumorähnliche Gewebewucherungen bilden. Wie der Erreger seinen Wirt dazu bringt, war bislang ein Rätsel. Eine aktuelle Studie der Universität Bonn zeigt nun, dass er dazu ein Programm der Pflanze für die Bildung der Seitenwurzeln zweckentfremdet. Das massive Wachstum des Gewebes verschlingt Energie und Ressourcen, die dann für die Verteidigung gegen den Erreger fehlen. Zudem findet Ustilago in den Wucherungen ein ideales Nährstoffangebot vor und kann sich dort gut vermehren.

Pilz-Gene in Pflanzen-Erbgut eingefügt

Um besser zu verstehen, wie diese Wucherungen entstehen, gingen die Forschenden einen besonderen Schritt: Sie übertrugen einzelne Gene des Pilzes in das Erbgut der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Diese Gene enthalten die Baupläne für sogenannte Tip-Effektoren. Das sind Eiweißstoffe die ein Pilz in eine Pflanzenzelle einschleust, um sie gezielt zu beeinflussen. Denn das kann ein Pilz nicht direkt. Die Pflanze stellte daraufhin Eiweiße her, die sonst nur der Pilz produziert. So konnten die Forschenden gezielt beobachten, welche Wirkung diese Moleküle in der Pflanze haben und welche Prozesse sie auslösen. „Unsere genetisch veränderten Pflanzen zeigten an ihren Wurzeln charakteristische Auffälligkeiten“, erklärt Dr. Mamoona Khan. „Sie bildeten dort sogenannte Kalli, also Gewebe, dessen Zellen sich sehr rasch vermehren. Diese Kalli wiederum bestehen aus pflanzlichen Stammzellen, die normalerweise bei der Bildung der Seitenwurzeln aktiviert werden und sich dann zu teilen beginnen.“ Mit genetischen Versuchen in Mais und weiteren Analysen konnten die Wissenschaftler zeigen, dass diese Entdeckung sehr wahrscheinlich auch für den natürlichen Wirt von Ustilago maydis gilt.

Blattschädling zweckentfremdet Wurzel-Programm

Nach Erkenntnissen der Wissenschaftler nutzt der Pilz Ustilago offenbar ein eigentlich für die Bildung von Seitenwurzeln vorgesehenes Steuerungsprogramm des Maises für seine eigenen Zwecke. Dadurch wird in den Blättern des Maises die Zellteilung stark angekurbelt, was zur Entstehung von Beulen, sogenannten Gallen, führt.

Weitere Ergebnisse stützen diese Annahme: Das Forschungsteam konnte zeigen, dass bestimmte vom Pilz abgegebene Eiweiße die Bildung wichtiger Schaltstellen im Erbgut beeinflussen. Diese Schaltstellen legen mit fest, welche Gene aktiv sind und wie stark sie genutzt werden. Man weiß, welche Schaltstellen im Erbgut dafür sorgen, dass sich Seitenwurzeln bilden. Diese müssen besonders aktiv sein, damit neue Wurzeln entstehen. Die Forscher haben diese Schaltstellen im Mais gezielt ausgeschaltet, sodass sie nicht mehr arbeiten konnten. Nachdem diese Pflanzen mit dem Pilz infiziert wurden, bildeten sie nur noch sehr kleine Wucherungen.

Außerdem untersuchten die Wissenschaftler, welche Gene in normalen Maispflanzen aktiv sind – einmal in den Wucherungen und einmal in den neu entstehenden Seitenwurzeln. Dabei stellten sie fest, dass in beiden Fällen viele der gleichen Gene aktiv waren. Diese starke Ähnlichkeit ist so groß, dass sie nicht zufällig entstanden sein kann.

Züchtung gegen Pilzkrankheit resistenterer Sorten

Der Pilz Ustilago maydis bildet keine Giftstoffe. Mais, der von ihm befallen ist, kann deshalb ohne Probleme an Tiere verfüttert werden. Für die Landwirtschaft ist dieser Pilz also kein ernstes Problem. Bei einigen verwandten Pilzarten ist das jedoch anders. Prof. Armin Djamei betont, dass es unter den sogenannten Brandpilzen, zu denen auch Ustilago gehört, einige Arten gebe, die für Nutzpflanzen sehr schädlich seien. „Wenn wir besser verstehen, wie diese Pilze Pflanzen infizieren, kann dieses Wissen helfen, neue Nutzpflanzensorten zu züchten, die gegen solche Erreger widerstandsfähig sind“, so der Wissenschaftler.

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