Getreide verfügt über natürliche Resistenzen gegen krankheitserregende Pilze, die aber zum Beispiel der Mehltau überwinden kann. Ein Team der Universität Zürich hat nun einen neuen Mechanismus entdeckt, mit dem Mehltau das Immunsystem von Weizen austrickst. Dies öffnet die Tür für die gezielte Entwicklung von Sorten mit weniger Resistenzdurchbrüchen.

Getreide gehört zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln. Weizen allein liefert etwa zwanzig Prozent der globalen Protein- und Kalorienversorgung. Allerdings ist die Produktion durch Pflanzenkrankheiten wie etwa dem Weizenmehltau-Pilz gefährdet. Eine nachhaltige Alternative zur Verwendung von Fungiziden ist der Anbau von Weizensorten, die genetisch resistent gegen diesen Krankheitserreger sind. Allerdings ist dies in vielen Fällen langfristig nicht wirksam, da sich Mehltau schnell weiterentwickelt und Resistenzen überwinden kann.

Natürliche Resistenzen nutzen
Ein Team des Instituts für Pflanzen- und Mikrobiologie der Universität Zürich hat nun genauer untersucht, wie es der Pilz schafft, den Weizen trotz Anwesenheit von Resistenzgenen zu infizieren. Dabei haben die Forschenden ein bisher unbekanntes Wechselspiel zwischen Resistenzfaktoren des Weizens und Krankheitsfaktoren des Mehltaus entdeckt. «Dieses vertiefte Verständnis erlaubt es, Resistenzgene gezielter einzusetzen und das Zusammenbrechen der Resistenz zu verhindern oder zu verlangsamen», sagt die Postdoktorandin Zoe Bernasconi, eine der Erstautorinnen der soeben im Fachmagazin «Nature Plants» publizierten Studie.

Der Mehltaupilz produziert hunderte von kleinen Proteinen, sogenannte Effektoren, welche er in die Zellen der Wirtspflanze einschleust. Dort helfen sie dabei, eine Infektion zu etablieren. Vom Weizen produzierte Resistenzproteine können einzelne dieser Effektoren direkt erkennen. Dies löst eine Immunantwort aus, welche die Infektion stoppt. Der Pilz umgeht dies jedoch häufig, indem er erkannte Effektoren verändert oder sogar ganz verliert.

Weizen wird von Pilz doppelt ausgetrickst
Das Forschungsteam hat nun einen neuen Mehltau-Effektor (genannt AvrPm4) identifiziert, der von dem bereits bekannten Weizen-Resistenzprotein Pm4 erkannt wird. Doch überraschenderweise kann der Pilz die Pm4-vermittelte Resistenz überwinden − und zwar ohne den Effektor zu verändern oder zu verlieren. Der Trick dabei: Er verfügt über einen zweiten Effektor, der die Erkennung von AvrPm4 verhindert. «Wir vermuten, dass die Funktion von AvrPm4 für den Pilz überlebenswichtig ist und deshalb im Laufe der Evolution dieser ungewöhnliche Mechanismus entstanden ist», so Bernasconi.

Besonders spannend ist, dass der zweite Effektor eine doppelte Funktion hat. Er verhindert nicht nur die Erkennung des ersten Effektors AvrPm4, sondern wird zusätzlich auch selbst von einem weiteren Resistenzprotein erkannt. «Durch Kombination der beiden Resistenzproteine in derselben Weizensorte könnte es somit gelingen, den Pilz in eine evolutionäre Sackgasse zu locken, in der er der Immunantwort von Weizen nicht mehr entfliehen kann», sagt der Postdoktorand Lukas Kunz, ein weiterer Erstautor der Studie.

Neue Ansätze für resistentere Weizensorten
«Weil wir diese Mechanismen und die involvierten Krankheitsfaktoren des Pilzes nun kennen, können wir effektiver verhindern, dass Mehltau die Resistenz von Weizen durchbricht», sagt Beat Keller. Der Professor leitete die Forschungsgruppe bis zu seiner Emeritierung im letzten Jahr. Durch Monitoringmassnahmen des Mehltauerregers wäre es nun zum Beispiel denkbar, resistente Weizensorten gezielt da einzusetzen, wo sie maximale Wirkung entfalten.

Denkbar wäre auch die geschickte Kombination von Resistenzgenen in neuen Weizensorten. «Theoretisch könnten solche Massnahmen die Entwicklung neuer krankheitserregender Pilzstämme deutlich verlangsamen», so Keller. Das Team hat schon erste erfolgversprechende Versuche im Labor dazu durchgeführt. Hierfür kombinierten sie Resistenzgene, die sowohl den Effektor AvrPm4 als auch den zweiten Effektor ausschalteten. Ob sich dieser Ansatz im Feld bewährt, muss sich jedoch erst noch zeigen.



Kontakte
Dr. Zoe Bernasconi
Department of Plant and Microbial Biology
Universität Zürich
+41 44 63 48233
zoe.bernasconi@botinst.uzh.ch

Prof. Beat Keller
Department of Plant and Microbial Biology
Universität Zürich
+41 44 63 48230
bkeller@botinst.uzh.ch