11/11/2016

54 Milliarden Dollar Ernteausfälle durch Pilzerkrankungen: Wiener Forscher ermöglichen einfachere Untersuchung von Pilzbefall von Pflanzen

Pilzerkrankungen bei Pflanzen haben enormen Einfluss auf die Landwirtschaft. Schätzungen zufolge führen Pilzerkrankungen bei Weizen, Reis und Mais alleine zu Verlusten von 54 Milliarden US-Dollar pro Jahr. Durch sie wird Nahrung vernichtet, mit der man 600 Millionen Menschen ernähren könnte. Der heurige Ausbruch von Weizenrost in Bangladesch, einer durch Rostpilze hervorgerufenen Krankheit, bedroht die Weizenproduktion in Asien. Die Bananen, die wir im Supermarkt kaufen, könnten durch den Pilz Tropical race 4 nahezu ausgerottet werden. Keine theoretische Möglichkeit: Bereits vor 60 Jahren hatte ein verwandter Pilz, Tropical race 1, 99 Prozent aller Bananen-Plantagen zerstört.

Wie Pflanzen und Pilz interagieren, ist nicht leicht zu untersuchen: Sowohl der Pilz als auch die Wirtspflanze müssen den Forschern dazu in geeigneter Weise genetisch zugänglich sein. Derzeit untersucht man am Gregor Mendel Institut die Pilz-Pflanze-Beziehungen an einem Modelsystem welches den Pilz Ustilago maydis und Mais umfasst. Eine Kombination, die zu Maisbeulenbrand führt. Während man mit Ustilago maydis leicht im Labor arbeiten kann, ist Mais schon schwieriger: Er braucht lange um zu wachsen und viel Platz. Außerdem lassen sich moderne genetische Techniken nicht so leicht bei ihm anwenden.

Ein Team unter der Führung von Dr. Armin Djamei vom Gregor Mendel Institut der Österreichischen Akademie der Wissenschaften hat sich daher auf die Suche nach einem alternativen Pathogen-Pflanzen-System gemacht, das wissenschaftliche Untersuchungen leichter machen könnte. Fündig wurden sie mit dem U. maydis verwandten Pilz, U. bromivora welcher das mit Gerste und Weizen verwandte Gras Brachypodium infiziert. Anders als Mais ist Brachypodium (auch purple brome, dt: Zwenke) klein, rasch wachsend und leicht mit modernen genetischen Techniken zu untersuchen.

Ein kompletter Werkzeugkoffer zur Untersuchung von Pilzbefall

Im renommierten Journal eLife beschreibt das Team jetzt die Entwicklung aller erforderlichen Werkzeuge um U. bromivora und Brachypodium als Modellsystem zur Untersuchung von Pflanzen-Pilz-Interaktionen zu verwenden. Sie untersuchten den Lebenszyklus des Pilzes und entwickelten Bedingungen, unter denen er im Labor kultiviert werden kann. Der Pilz infiziert jedoch nicht alle Sorten von Brachypodium, daher mussten die Forscher 39 unterschiedliche Unterarten von Brachypodium testen um schließlich drei zu identifizieren, die für eine Infektion anfällig sind. Die Genome dieser drei Sorten werden gerade sequenziert.

Anschließend optimierten sie die Bedingungen für eine effiziente und zuverlässige Infektion dieser drei Unterarten durch den Pilz. Bei der Sequenzierung der Genome von U. bromivora fanden sie über 400 Gene, die an der Infektion beteiligt sein könnten. Nebenbei entdeckten sie mehrere einzigartige Eigenschaften des Pilz-Genoms, die für die Erforschung der Evolution von Pilzen interessant sind. Zudem entwickelten sie auch die Werkzeuge, die erforderlich sind, um fremde DNA in den Pilz und in die Pflanze einzufügen, ein Schlüsselkriterium für moderne Genetik.

Forschungsleiter Djamei: „Diese Publikation stellt jedem Labor auf der Welt alle Informationen zur Verfügung, um sofort mit U. bromivora und Brachypodium als neues Pflanzen-Pilz-Modell arbeiten zu können. . Wir hoffen, dass die intensive Forschung der Infektionsmechanismen zu neuen Strategien führt um Pilzinfektionen und dadurch hervorgerufene Ernteausfälle zu reduzieren und unser Verständnis dieser Interaktionen prinzipiell zu erweitern.“

Link zur Publikation: „ A complete toolset for the study of Ustilago bromivora and Brachypodium sp. as a fungal-temperate grass pathosystem“ URL: elifesciences.org/content/5/e20522 DOI: dx.doi.org/10.7554/eLife.20522


Über das GMI

Das Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) wurde von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) im Jahr 2000 gegründet, um Spitzenforschung in der molekularen Pflanzenbiologie zu fördern. Das GMI gehört zu den weltweit wichtigsten Pflanzenforschungseinrichtungen. Mit mehr als 100 MitarbeiterInnen aus 25 Ländern erforscht das GMI primär die Grundlagen der Pflanzenbiologie, vor allem molekulargenetische Aspekte wie epigenetische Mechanismen, Populationsgenetik, Chromosomenbiologie, Stressresistenz und Entwicklungsbiologie. Das GMI befindet sich in einem modernen Laborgebäude der Österreichischen Akademie der Wissenschaften auf dem Campus des Vienna Biocenter, auf dem mehrere Forschungsinstitute sowie Biotechnologie-Firmen angesiedelt sind.

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