Situationselastisch: Pflanzen halten sich Pilz-Untermieter nach Bedarf

20. März 2016, 13:23
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Je nach Verfügbarkeit von Phosphor im Boden greift die Acker-Schmalwand auf die Hilfe eines Bodenpilzes zurück – oder bekämpft ihn

Köln – Ohne lösliches Phosphat im Boden können Pflanzen nicht gedeihen. Gebundenes Phosphat können sie nicht ohne fremde Hilfe nutzen. Die meisten Pflanzen halten sich deshalb ein Pilzgeflecht an der Wurzel, die sogenannte Mykorrhiza. Diese versorgt die Pflanze mit wichtigen Nährstoffen und erhält im Gegenzug dafür Kohlenstoffe aus der Fotosynthese. Die Acker-Schmalwand Arabidopsis gehört zu den wenigen Pflanzen, die keine Mykorrhiza haben. Stattdessen geht diese Art eine Symbiose mit dem Bodenpilz Colletotrichum tofieldiae ein, der ähnliche Aufgaben erfüllt wie die Mykorrhiza. Für Forscher kam dieses für beide Seiten vorteilhafte Miteinander überraschend, denn diese Pilzfamilie tritt fast überall als Krankheitserreger in Erscheinung. Warum Arabidopsis trotzdem gesund bleibt, haben Wissenschafter vom Kölner Max-Planck-Institut herausgefunden.

Weil Studienleiter Paul Schulze-Lefert und sein Team den Pilz aus einer Arabidopsis-Pflanze im spanischen Hochland isoliert haben und er an anderen Standorten nicht zu finden war, vermuteten sie von Anfang an, dass die Symbiose etwas mit den Standortbedingungen zu tun hat. Im spanischen Hochland ist nämlich kaum lösliches Phosphat im Boden vorhanden.

Die Kölner Wissenschafter konnten zeigen, dass das angeborene Immunsystem an der Symbiose beteiligt ist und den Pilz nur dann als Untermieter in der Wurzel akzeptiert, wenn Arabidopsis nicht alleine an Phosphat herankommt. Bei guter Phosphatversorgung initiiert sie eine massive Immunantwort. "Das ist ein fantastisch reguliertes System", sagt Schulze-Lefert. "Fremd ist also nicht immer fremd, sondern nur unter bestimmten Umständen. Das ist eine ganz neue Sicht auf das Immunsystem."

Phosphorsensor entscheidet

Die Wissenschafter konnten des Weiteren zeigen, welche Prozesse dafür verantwortlich sind. Einer ist die sogenannte "Phosphat Starvation Response". Mit diesem Regelwerk misst die Pflanze die Verfügbarkeit von Phosphat im Boden und gibt diese Information an einen Schaltkreis weiter, der das Pflanzenwachstum beschleunigt oder bremst. Wenn das lösliche Phosphat bei Arabidopsis knapp wird, stellt es dem Bodenpilz eine Eintrittskarte in die Pflanzenwurzel aus.

Der zweite beteiligte Prozess ist der Syntheseweg zur Bildung von Senfölglykosiden. Bei den Kreuzblütlern, zu denen Arabidopsis, Raps, Senf und Meerrechtich gehören, sind diese für den scharfen und bitteren Geschmack verantwortlich und Teil des angeborenen Immunsystems. Schulze-Lefert und seine Kollegen konnten zeigen, dass Colletotrichum tofieldiae für Arabidopsis zum lebensbedrohlichen Schädling wird, wenn dieser Syntheseweg ausfällt. Die gebildeten Glykoside sind also Teil der gedämpften Immunabwehr, die dem Pilz seine Grenzen als Untermieter aufzeigt.

"Arabidopsis-Pflanzen entscheiden über ihr anstehendes Verhältnis zu ihrem Untermieter, indem sie ihr Immunsystem mit dem Messfühler für die Phosphatversorgung verbinden", sagt Schulze-Lefert. "Das ist eine elegante Lösung, mit der die Aufgabenbereiche des Immunsystems um den Bereich der externen Nährstoffversorgung unter Mangelbedingungen erweitert werden. Das ist bisher so noch nicht im Pflanzenreich beobachtet worden." (red, 20.3.2016)

  • Mikroskopischer Ausschnitt einer Arabidopsis thaliana-Wurzel (violett), die mit Pilzgeflecht von Colletotrichum tofieldiae (grün) umgeben ist.
    foto: mpi f. pflanzenzüchtungsforschung

    Mikroskopischer Ausschnitt einer Arabidopsis thaliana-Wurzel (violett), die mit Pilzgeflecht von Colletotrichum tofieldiae (grün) umgeben ist.

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