McCombe und Kollegen haben entdeckt, wie krankheitserregende Pilze eine hinterhältige Waffe einsetzen, um wichtige Nahrungspflanzen zu infizieren. Pilzpathogene nutzen ein Enzym namens NUDIX-Hydrolase. um Pflanzen dazu zu bringen, Hungerreaktionen zu aktivieren, unter Umgehung der Immunabwehr.
Dieses Pilzenzym dringt in Pflanzenzellen ein und greift ein wichtiges Signalmolekül an, mit dem Pflanzen Phosphat wahrnehmen – einen lebenswichtigen Nährstoff. Indem Pilze dieses Sensorsystem stören, täuschen sie die Pflanzen vor, sie hätten einen Phosphatmangel.
Das Forschungsteam entdeckte, dass diese NUDIX-Enzyme selektiv Inositolpyrophosphate (PP-InsPs) abbauen, Signalmoleküle, die Pflanzen mitteilen, wann Phosphat verfügbar ist. Wenn Pflanzen weniger Phosphat spüren (oder denken, dass sie weniger Phosphat haben), aktivieren sie spezielle Transkriptionsfaktoren, sogenannte PHRs, die die Genexpression verändern.
Die PHRs werden aktiviert, um mehr Phosphate aufzunehmen, stören aber auch die inneren Reaktionen der Pflanze. Die Wahrnehmung von Jasmonat wird verändert, wodurch die Fähigkeit der Pflanze, Schäden zu spüren, abnimmt. Der Drang nach mehr Phosphaten könnte die Pflanzenzellen für den Pilz auch schmackhafter machen.
Als das Forschungsteam NUDIX-Gene aus Reisbrandpilzen (Magnaporthe oryzae) und Anthraknose verursachenden Pilzen (Colletotrichum-Arten) löschte, verursachten die Erreger weniger Krankheiten an ihren Wirtspflanzen. Durch die Verwendung verschiedener Erreger zeigten sie, dass speziell die NUDIX-Gene das Problem darstellen.
Diese NUDIX-Enzyme werden während einer Infektion in die Wirtszellen ausgeschieden. Das Team verwendete Fluoreszenzmarkierungen, um diesen Prozess in lebenden Zellen zu beobachten. Mithilfe der „Plasmolyse“ konnten sie beobachten, wie sich das Enzym aus Pilzstrukturen in Reiszellen bewegt, wo es die Phosphaterkennung stören kann.
McCombe und seine Kollegen verwendeten Röntgenkristallographie, um die 3D-Struktur des NUDIX-Enzyms zu bestimmen und so Einblicke in seine Funktionsweise zu gewinnen. Sie fanden heraus, dass es menschlichen Phosphatsignalenzymen ähnelt, obwohl sie aus unterschiedlichen Aminosäuren bestehen, was zeigt, dass die Form des Enzyms wichtig ist.
Der Hauptautor Dr. Carl McCombe erklärt: „Das Verständnis des Enzyms gibt uns wichtige Einblicke, wie es von Krankheitserregern genutzt wird, um Pflanzen anzugreifen.“ Dieses Wissen eröffnet Möglichkeiten für gezielte Strategien zur Krankheitsbekämpfung.
Die Entdeckung könnte große Auswirkungen auf die globale Nahrungsmittelsicherheit haben. Die Reisbräune verursacht Verluste, die jährlich 60 Millionen Menschen ernähren könnten, während die Anthraknose verschiedene Nutzpflanzen wie Mangos, Melonen, Mais und Kichererbsen befällt.
Die Ergebnisse geben Anlass zur Hoffnung auf eine Verbesserung des Pflanzenschutzes. Da diese NUDIX-Enzyme bei verschiedenen Pilzarten hochgradig konserviert sind, könnte eine einzige Lösung potenziell mehrere Pflanzenpathogene bekämpfen und den Landwirten helfen, die jährlichen Ernteverluste von 10-23 % zu verhindern, die derzeit durch Pilzkrankheiten verursacht werden.
McCombe, CL, Wegner, A., Wirtz, L., Zamora, CS, Casanova, F., Aditya, S., Greenwood, JR, de Paula, S., England, E., Shang, S., Ericsson, DJ, Oliveira-Garcia, E., Williams, SJ & Schaffrath, U. (2025). Pflanzenpathogene Pilze kapern die Phosphat-Signalübertragung mit konservierten enzymatischen Effektoren. Science, 387, 955–962. https://doi.org/n8ww
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Bild: Jamie Kidston/ANU.
