Universeller Resistenzmechanismus bei Pflanzen entdeckt

Pflanzen haben ein natürliches Abwehrsystem, mit dem sie sich vor Krankheitserregern wie Pilzen, Bakterien oder Viren schützen können. Ein besonders wirksamer Resistenzmechanismus gegen den Mehltaupilz ist seit langem bei Gerstepflanzen bekannt. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln haben gemeinsam mit Kollegen aus den USA entdeckt, dass diese so genannte mlo-Resistenz auch bei anderen Pflanzenarten funktioniert (Nature Genetics, 28. Mai 2006). Damit sollte es in Zukunft prinzipiell möglich sein, Ernteschäden durch Mehltau gezielter und mit weniger Chemie zu bekämpfen.

Abb. 1 Der echte Gräser-Mehltau, Blumeria graminis f.sp. hordei, ist ein Pilz, der Gersteblätter schädigt. Die abgebildete Gerstepflanze (links) ist anfällig für den Pilz. Es bilden sich viele weiße Mehltau-Kolonien. Auch auf der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (einzelne Blätter auf der rechten Seite) kann der Mehltaupilz unter normalen Umständen gut wachsen. Der Befall ist als weiße Puderschicht gut sichtbar (rechtes Blatt). Die Kölner Forscher fanden jedoch eine Arabidopsis-Mutante (linkes Blatt), die nach dem gleichen Prinzip wie die Gerste eine effiziente Resistenz ausbilden kann

    Trotz intensiver Pflanzenschutzmaßnahmen gehen etwa 30% der Welternte durch Pflanzenkrankheiten verloren. Immense Ernteverluste werden jährlich unter anderem durch den Mehltaupilz verursacht. In Gerste sind seit etwa 60 Jahren die so genannten mlo-Mutanten bekannt, die alle Versuche des Mehltaupilzes, diese Getreidepflanzen zu befallen, in einem sehr frühen Stadium hocheffizient blockieren. In der Landwirtschaft wird die mlo-bedingte Mehltauresistenz in Gerste bereits seit 25 Jahren intensiv genutzt. In Mitteleuropa haben ca. 50% der derzeit angebauten Gerste-Kultivare diese Form der Resistenz. Trotzdem war bis vor kurzem keine weitere Pflanzenspezies mit einer ähnlich effektiven Immunität gegenüber Mehltau bekannt. Man nahm daher an, dass die mlo-Resistenz ein Gerste-spezifisches Phänomen ist. Die Besonderheit der mlo-Resistenz ist, dass sie nicht durch die Anwesenheit eines Resistenzproteins, sondern durch die Abwesenheit eines Proteins hervorgerufen wird, das vermutlich von dem Pilzerreger als Eintrittspforte genutzt wird.

Genetische Studien mit der Modellpflanze Arabidopsis thaliana, einer im Gegensatz zur einkeimblättrigen Gerste zweikeimblättrigen Pflanze, enthüllten jedoch kürzlich, dass auch die Ackerschmalwand die Anlagen für eine natürliche Mehltauresistenz besitzt. Allerdings muss in Arabidopsis gleich die Bildung von drei Mlo-Proteinen ausfallen, um vollen Schutz gegenüber dem Pathogen zu gewährleisten. Dieses auch als “genetische Redundanz” bezeichnete Phänomen erklärt möglicherweise, warum mlo-Resistenz bislang noch nicht in mehr Pflanzenarten gefunden wurde.

Die Tatsache, dass die durch den Wegfall des Mlo-Proteins bedingte Immunität sowohl in einkeimblättrigen Pflanzen (Gerste) als auch in zweikeimblättrigen Pflanzen (Arabidopsis) funktioniert, deutet darauf hin, dass der Pathogenesemechanismus der entsprechenden Mehltaupilze mindestens seit der phylogenetischen Aufspaltung von ein- und zweikeimblättrigen Pflanzen (vor ca. 200 Millionen Jahren) konserviert ist. Dieser Befund zeigt ferner, dass es prinzipiell möglich sein sollte, mlo-resistente Mutanten in jeder höheren Pflanzenspezies zu erzeugen. Vor dem Hintergrund von ca. 500 weltweit verbreiteten Mehltauarten und der hohen agronomischen Relevanz dieser Pathogene ist dies eine äußerst wichtige Erkenntnis.

[CV/RP]

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Originalveröffentlichung:

Chiara Consonni, Matthew E Humphry, H Andreas Hartmann, Maren Livaja, Jo¨rg Durner, Lore Westphal, John Vogel, Volker Lipka, Birgit Kemmerling, Paul Schulze-Lefert, Shauna C Somerville & Ralph Panstruga
Conserved requirement for a plant host cell protein in powdery mildew pathogenesis.
Nature Genetics Advance Online Publication, 28. Mai 2006