Hvordan en skadelig svamp gør sin værtsplante forsvarsløs

Svampen Ustilago maydis angriber majs og kan forårsage betydelig skade på dens vært. For at gøre dette sikrer det først, at planten yder lidt modstand mod infektionen. Den kirurgiske præcision, det anvender, viser en ny undersøgelse fra universitetet i Bonn, som nu er offentliggjort i tidsskriftet New Phytologist . Gregor Mendel-instituttet i Wien og Leibniz-instituttet for plantegenetik og afgrødeplanteforskning i Gatersleben var også involveret i arbejdet.

Ustilago maydis angriber og formerer sig i majsplantens luftdele. Kæmpe tumorlignende vævsvækst dannes ofte på infektionsstedet. Disse galder kan nå størrelsen af ​​et barns hoved. Væksten udløses af molekyler frigivet af svampen, kaldet effektorer. De manipulerer plantens stofskifte og undertrykker dens immunsystem. De fremmer også cellevækst og deling i majs. For at gøre dette interfererer de med en plantesignalvej reguleret af plantehormonet auxin.

"Svampen bruger denne auxin-signalvej til sine egne formål," forklarer prof. Dr. Armin Djamei, der leder afdelingen for plantepatologi ved INRES-instituttet ved universitetet i Bonn. "Det skyldes, at den enorme vækst af vævet fortærer energi og ressourcer, som så mangler til forsvar mod Ustilago maydis. Derudover finder svampen en ideel tilførsel af næringsstoffer i væksterne og kan formere sig godt der." Dannelsen af ​​de karakteristiske galder er således absolut i patogenets interesse.

"Vi ville derfor finde ud af, hvordan svampen fremmer disse spredningsprocesser," siger Djamei. "For at gøre dette søgte vi efter genetisk materiale i svampen, der gør den i stand til at kontrollere auxin-signalvejen for sin værtsplante og dermed dens cellevækst." Den komplekse eftersøgning begyndte for syv år siden på Gregor Mendel Instituttet i Wien. Senere fortsatte afgrødeforskeren arbejdet på Leibniz-instituttet i Gatersleben og senere på universitetet i Bonn.

Pathogen omprogrammerer sin vært

Sammen med sine samarbejdspartnere var Djamei i stand til at identificere fem gener, som svampen bruger til at manipulere værtsplantens auxin-signalvej. Disse fem gener, kaldet Tip1 til Tip5, danner det, der er kendt som en klynge:Hvis man forestiller sig hele genomet af Ustilago maydis som et tykt leksikon, ligger disse fem så at sige på på hinanden følgende sider.

Gener er byggemanualer - svampen har brug for dem for at producere respektive proteiner. "Proteinerne kodet af de fem Tip-gener kan binde til et protein i majsplanten kendt af eksperter som Topless," forklarer Dr. Janos Bindics. En tidligere ansat ved Gregor Mendel Institute, han og hans kollega Dr. Mamoona Khan udførte mange af undersøgelsens nøgleeksperimenter.

Topløs er en central switch, der undertrykker meget forskellige signalveje i planten. Svampeeffektorerne produceret af de fem Tip-gener tilsidesætter denne undertrykkelse - og gør det meget specifikt for signalveje, der gavner svampen, såsom den auxin-drevne vækstsignalvej. I modsætning hertil er andre signalveje styret af Topless ikke påvirket. "Figurativt set virker svampen med kirurgisk præcision," understreger Djamei. "Den opnår præcis, hvad den skal opnå for bedst muligt at inficere majsplanten."

Indsigt til grundforskning

Der er en række patogener, der interfererer med auxin-signalvejen for de værter, de inficerer. Præcis hvordan er ofte ikke fuldt ud forstået. Det kan være, at Topløs også spiller en vigtig rolle i denne proces i andre afgrøder. Proteinet opstod jo for flere hundrede millioner år siden, og dets centrale rolle har næsten ikke ændret sig siden da. Den findes derfor ikke kun i majs, men i en lignende form i alle andre landplanter. For eksempel var forskerne i stand til at vise, at Tip-effektorerne af Ustilago maydis også interfererer med auxin-signalvejen for andre plantearter.

Fundene kunne derfor være med til bedre at forstå infektionsprocesserne ved vigtige plantesygdomme. Resultaterne er særligt interessante for grundforskningen:"Gennem dem vil det for første gang være muligt at påvirke specifikke effekter af auxin-signalvejen på en meget målrettet måde og dermed at belyse effekten af ​​disse vigtige plantehormoner endnu mere præcist. " siger Armin Djamei.