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Symbiontischer Pilz hilft Pflanzen bei Trockenheit

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07.09.2016  |  News

 

Vom Saulus zum Paulus gewandelt: Ein Pilz verlor im Laufe der Evolution bestimmte Gene, deren Aktivität seiner Wirtspflanze hätte schaden können. So konnte er mit dieser eine Lebensgemeinschaft eingehen. Zudem hilft er ihr, Trockenzeiten zu überstehen. Dies ergab die erstmalige Analyse des Genoms von Cenococcum geophilum, das ein Team unter der Leitung der Eidg. Forschungsanstalt WSL und des französischen Forschungsinstituts INRA entschlüsselt hat.

 

C. geophilum ist ein sogenannter Mykorrhizapilz, der mit Waldbäumen in einer Lebensgemeinschaft (Symbiose) lebt. Die Pilzfäden wachsen im Boden sowie in und um die Wurzelspitzen von Bäumen und helfen ihnen mit diesem feinen Netz, Nährstoffe und Wasser aus dem Boden aufzunehmen. Zu den Mykorrhizapilzen gehören so bekannte Speisepilze wie Steinpilz, Eierschwamm und Trüffel.

In extremen Lebensräumen häufig

C. geophilum ist einer der häufigsten Mykorrhizapilze in arktischen, gemässigten und subtropischen Zonen – vor allem in extremen Lebensräumen. Die Pilz-Wurzel-Spitzen sind mit Melanin verstärkt, dem dunklen Farbstoff, der auch menschlichen Haaren die Farbe gibt, und widerstehen dem Austrocknen länger als andere Mykorrhizapilzarten. So sind diese Mykorrhizen vor allem bei grosser Bodentrockenheit erstaunlich häufig. Dies deutet laut den Studienautoren auf eine wichtige Rolle von C. geophilum bei der Trockenresistenz seiner Wirtsbäume hin.

Wissenschaftler der WSL und des französischen Forschungsinstituts INRA in Nancy, die Partner im Kooperationsprojekt NFZ.forestnet sind, haben nun zusammen mit dem Joint Genome Institute (JGI) und weiteren Forschungsinstituten erstmals das Erbgut dieses Pilzes entschlüsselt. Dann verglichen sie das Genom und seine Produkte mit 60 bereits entschlüsselten Pilzgenomen und stiessen dabei auf erstaunliche Details, wie das Forscherteam nun im Fachjournal Nature Communications berichtet.

Pilz stellt viele Wasserkanäle her

Zwei der drei in Symbiose am stärksten aktivierten Gene von C.geophilum dienen der Herstellung von Wasserkanälen durch Zellmembranen, sogenannte Aquaporine. Bei Trockenheit gestaltet der Pilz die Produktion dieser Wasserkanäle drastisch um, was vermutlich eine wichtige Rolle bei der Anpassung der Wirtsbäume an Trockenheit spielt. Die Wissenschaftler fanden ausserdem viele Gene, die in Symbiose aktiviert werden und Signalproteine herstellen, die als „Postboten“ bei der Kommunikation zwischen Baumwirt und Pilz dienen.

Auf der anderen Seite hat der Pilz durch seine enge Allianz mit den Bäumen hunderte von Genen verloren. C. geophilum ist der einzige Symbiosepilz in einer grossen Pilzklasse, zu der zahlreiche Pilzerreger von Pflanzenkrankheiten gehören. So hat C. geophilum die meisten Gene verloren, die Enzyme herstellen, mit denen er Pflanzenzellwände zersetzen und damit Kohlenstoff gewinnen kann. Das ist eine wichtige Fähigkeit für Krankheitserreger, aber auch Pilze, die totes organisches Material im Boden abbauen. So verhindert der Pilz, dass der Wirtsbaum seine Abwehr gegen ihn aktiviert. Ohne diese Enzyme begibt er sich ganz in die Abhängigkeit des Baumes, der ihm Kohlenstoff in Form von Zucker liefert.

Die Symbiose zwischen Pilzen und Bäumen ist in der Evolution etliche Male unabhängig voneinander entstanden, und dennoch weisen die Genome von verschiedenen Mykorrhizapilzen frappierende Ähnlichkeiten auf. Die gleichen Anpassungen an den symbiontischen Lebensstil wie bei C. geophilum finden sich auch bei Pilzen, deren Abstammungslinien sich schon vor 100 Millionen Jahren abgespalten haben.

Die Autoren betonen, dass die Genomik in Kombination mit physiologischen und ökologischen Studien interessante neue Zusammenhänge zu Tage fördern kann – zum Beispiel wie Mykorrhiza-Gemeinschaften, wichtige Bodenprozesse und die Biomasse-Produktion im Wald miteinander verknüpft sind. Solche Erkenntnisse könnten zum Beispiel dabei helfen, trockenresistente C. geophilum-Stämme zu selektionieren und damit Wirtsbäume in Regionen mit zunehmender Trockenheit zu unterstützen.

 

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