Wie Pilze Pflanzenwurzeln besiedeln

Forschende des Exzellenzclusters für Pflanzenwissenschaften CEPLAS an der Universität zu Köln haben zwei Pilzenzyme identifiziert, die das Immunsystem von Pflanzen überlisten und somit eine entscheidende Rolle bei der Besiedlung von Pflanzenwurzeln spielen. Diese Erkenntnisse eröffnen neue Möglichkeiten für Eingriffe in der Medizin und der Landwirtschaft / Veröffentlichung in Cell Host & Microbe.

In der Natur werden Pflanzenwurzeln immer von Pilzen besiedelt. Diese Wechselwirkung kann entweder zum beiderseitigen Vorteil sein, oder aber pathogen, wenn der Pilz die Wirtspflanze schädigt. Wissenschaftler*innen um Professorin Dr. Alga Zuccaro am Exzellenzcluster CEPLAS haben nun mit Hilfe der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) entschlüsselt, wie der nützliche Wurzelpilz Serendipita indica Pflanzenwurzeln langfristig besiedelt. Zunächst besiedelt der Pilz lebende Zellen in der Wurzel. Dadurch wird in der Wirtspflanze ein kontrollierter Zelltod ausgelöst, der eine erfolgreiche Besiedlung ermöglicht, ohne nennenswerte Schäden zu verursachen. Wie diese Zelltodphase eingeleitet und kontrolliert wird, ist zum größten Teil nicht bekannt.

Die Forschungsgruppe um Alga Zuccaro fand heraus, dass der Wurzelpilz Serendipita indica zwei Enzyme, NucA und E5NT, absondert, die das Molekül Desoxyadenosin (dAdo) produzieren. Dieses Molekül löst in den Pflanzen den kontrollierten Zelltod aus, der es dem Pilz ermöglicht, das Wurzelsystem zu besiedeln. Die Studie „A nucleoside signal generated by fungal endophyte regulates host cell death and promotes root colonization” wurde in Cell Host & Microbe veröffentlicht.

Die Wissenschaftler*innen zeigen, dass dAdo zunächst außerhalb der Wirtszellen im Apoplast – dem Bereich außerhalb der Zellmembran – gebildet wird. In der zweiten Phase gelangt dAdo über den Membrantransporter ENT3 in die Pflanzenzelle, wo es das Immunsystem des Wirts überlistet und den Zelltod auslöst. Dieser Prozess, den das Team um Professorin Zuccaro beschreibt, ist nicht auf die Pflanzenwelt beschränkt. Ein ähnlicher Prozess findet bei der Interaktion von menschlichen Erregern wie dem pathogenen Bakterium Staphylococcus aureus und menschlichen Immunzellen statt.

„Unsere Studie zeigt, dass der nützliche Wurzelpilz Serendipita indica ähnlich wie S. aureus zwei Enzyme verwendet, um dAdo zu produzieren, um den Zelltod zu induzieren und die Wurzeln erfolgreich zu besiedeln. Diese Ähnlichkeit zeigt, dass der Mechanismus bei verschiedenen Mikroben und Spezies konserviert ist“, sagt Professorin Alga Zuccaro.

Die Ergebnisse verdeutlichen das entscheidende Zusammenspiel zwischen mikrobieller Besiedlung und dem Immunstoffwechsel des Wirts und eröffnen neue Wege für Interventionen sowohl in der Medizin als auch in der Landwirtschaft. „Wenn wir diese gemeinsamen Mechanismen verstehen, können wir wirksamere Ansätze entwickeln, um sowohl schädliche als auch nützliche Mikroben für die menschliche Gesundheit und den Nutzpflanzenanbau zu nutzen.“

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Professor Dr. Alga Zuccaro
Exzellenzcluster für Pflanzenwissenschaften (CEPLAS)
azuccaro@uni-koeln.de

Originalpublikation:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1931312824004062?via%3Dihub

Weitere Informationen:

https://portal.uni-koeln.de/universitaet/aktuell/meldungen/meldungen-detail/wie-…
https://ag-zuccaro.botanik.uni-koeln.de/
https://www.ceplas.eu/de/startseite