Wie Pilze die Gene von Pflanzen in Schwung bringen

Viele Pilze leben in einer Art Ehe mit Bäumen, Sträuchern oder anderen Pflanzen. Dabei verbessern sie auch die Wasserversorgung ihrer Partner. Am Intimleben solcher Gemeinschaften sind Botaniker von der Universität Würzburg interessiert: Sie erforschen spezielle Proteine, die für die Wasseraufnahme der Pflanzen wichtig sind.

Wenn wirkliche Pilzkenner nach speziellen Pilzen suchen, dann steuern sie zielsicher bestimmte Waldstücke oder Baumgruppen an. Einerseits spielt hier sicher die Erfahrung eine Rolle, andererseits bleibt es aber keineswegs dem Zufall überlassen, welcher Pilz bei welchem Baum zu finden ist: Viele Pilze treten immer in der Nähe bestimmter Pflanzen auf, weil sie mit diesen eine enge Lebensgemeinschaft eingegangen sind. So wächst zum Beispiel der Steinpilz nur unter Nadelbäumen, der Pappel-Rauhfuß ausschließlich unter Pappeln.

Die Ehe zwischen Pilz und Pflanze wird unterirdisch vollzogen: Der Organismus des Pilzes besteht ja nicht nur aus dem Fruchtkörper, der von den Pilzsuchern gesammelt wird, sondern vor allem aus einem Geflecht winziger Fäden, die im Boden wuchern. Diese Fäden stehen in enger Verbindung mit Pflanzenwurzeln. Zum Teil dringen sie sogar in die Wurzeln ein und bilden dann bäumchenartige Gebilde aus, um einen möglichst großflächigen Kontakt mit der Pflanze herzustellen.

Wozu all das gut ist? Der Würzburger Biologe Martin Eckert erklärt: Da sich Pilze nur von organischem Material ernähren können, sei es für sie ein großer Vorteil und zum Teil sogar lebensnotwendig, dieses Material aus den Wurzeln der Pflanzen abzweigen zu können. Im Gegenzug führen sie ihren Partnern Phosphat und Wasser zu. Diese zusätzliche Versorgung bringt den Pflanzen ein verstärktes Wachstum und eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Trockenheit.

Martin Eckert ist in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Ralf Kaldenhoff tätig, welche die Wassertransportvorgänge in Pflanzen untersucht. Entgegen der damals herrschenden Lehrbuchmeinung hat diese Gruppe in den vergangenen Jahren gezeigt, dass in Pflanzen unter anderem spezielle Proteine (Aquaporine) den Wassertransport zwischen den Zellen erleichtern und regulieren. Diese Proteine befinden sich in der Zellmembran und bilden dort kleine Poren, durch die das Wasser mit großer Geschwindigkeit ein- oder ausströmen kann.

In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt befasst sich die Kaldenhoff-Gruppe nun mit der Identifikation und Charakterisierung von Aquaporinen, die vor, während oder nach der Schließung einer Pilz-Pflanzen-Ehe gebildet werden.

Die Wissenschaftler halten es für sehr wahrscheinlich, dass die Veränderung der Wasserdurchlässigkeit an der Schnittstelle Pilz-Pflanze durch Aquaporine vermittelt wird. Dies setzt eine Signalkaskade voraus, deren Ziel die Regulation der Gene für bestimmte Aquaporine ist. Diese Gene sind bislang unbekannt und sollen kloniert und charakterisiert werden.

Als Untersuchungspflanze dient ein mit der Luzerne verwandter Schmetterlingsblütler (Medicago truncatula, zu deutsch: Gestutzter Schneckenklee), dessen Partnerschaft mit Pilzen in Zukunft auch international als Modellsystem herangezogen werden soll. Die erhaltenen Daten sollen dazu beitragen, die Mechanismen zu entschlüsseln, mit denen Pflanzen die Wasserdurchlässigkeit ihrer Zellen den jeweils herrschenden Bedingungen anpassen.

Ferner ist von Interesse, aus welchen biochemischen Komponenten sich die Signalkaskaden zusammensetzen, die durch den Kontakt von Wurzel und Pilz ausgelöst werden und die letzten Endes die Gene der Pflanze derart beeinflussen, dass sich die Produktion unter anderem von Membranproteinen verändert.

Weitere Informationen: Prof. Dr. Ralf Kaldenhoff, T (0931) 888-6107, Fax (0931) 888-6157, E-Mail: kaldenhoff@botanik.uni-wuerzburg.de