#Wie sich Pflanzen gegen Pilzinfektionen wehren

Pflanzen sind nicht nur gegen tierische Schädlinge anfällig – auch Schimmelpilze setzen ihnen häufig zu. Doch wie Forschende nun herausgefunden haben, wehren sich Pflanzen mit einer bisher unbekannten Waffe gegen das Verschimmeln: In kleinen Lipidbläschen schleusen sie verschiedene Arten von RNA in die Zellen des Schimmelpilzes ein. Die RNA stört wichtige zelluläre Prozesse des Pilzes und sorgt so dafür, dass sich der Schimmel schlechter ausbreiten kann. Die Erkenntnisse könnten dazu beitragen, neue, umweltfreundliche Mittel zur Pilzbekämpfung zu entwickeln.

Wer Obst zu lange liegen lässt, kann beobachten, wie sich ein gräulicher, pelziger Belag auf der Oberfläche bildet: Grauschimmel. Der dafür verantwortliche Schimmelpilz Botrytis cinerea ist weltweit verbreitet und kann mehr als 1.400 Wirtspflanzen befallen, darunter fast alle Obst- und Gemüsesorten und viele Blumen. Jedes Jahr verursacht er Ernteverluste in Milliardenhöhe. Doch die Pflanzen stehen dem Befall nicht wehrlos gegenüber. Mit verschiedenen molekularen Strategien setzen sie sich gegen den Pilz zu Wehr.

Molekularer Kampf zwischen Pflanze und Pilz

Ein Team um Shumei Wang von der University of California in Riverside hat nun einen bisher unbekannten Verteidigungsmechanismus aufgedeckt: „Wir haben entdeckt, dass die Wirtspflanze Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) kleine, mit mRNA gefüllte Bläschen in den Pilz einschleust“, berichtet das Team. „Die mRNA wird in den Pilzzellen abgelesen und in Proteine übersetzt, die wiederum den Pilz schädigen und seine Ausbreitung verringern.“

Bekannt war bereits, dass Pflanzen und Schimmelpilze bei einem Befall zahlreiche Moleküle miteinander austauschen, mit denen sie sich verteidigen und dem anderen schaden. „Früher hat man sich vor allem den Austausch von Proteinen angeschaut“, sagt Wangs Kollegin Hailing Jin. „Jetzt haben wir dank moderner Technologie eine weitere wichtige Gruppe von Akteuren in diesem Kampf entdeckt.“ Schon vor rund zehn Jahren hatten Jin und ihr Team festgestellt, dass Pflanzen und Pilze neben Proteinen auch kleine RNA-Moleküle als Waffe einsetzen. Dass aber auch Boten-DNA (mRNA) übertragen wird, die an ihrem Ziel in Proteine übersetzt wird, war bislang unbekannt.

Bläschen mit schädlicher Fracht

Für die Pflanzen ist diese Strategie sehr effizient, denn schon wenige mRNA-Moleküle können eine große Wirkung entfalten. „Der Vorteil am Einsatz von mRNA im Gegensatz zu anderen Formen molekularer Waffen ist, dass eine einzige mRNA in viele Kopien von Proteinen übersetzt werden kann. Dadurch wird die Wirkung verstärkt“, erklärt Jin. „Beispielsweise können die mRNAs den Bauplan für bestimmte Proteine liefern, die in den Mitochondrien der Schimmelpilzzellen landen, also in den Kraftwerken der Zellen. Dort stören sie die Struktur und Funktion der Pilzmitochondrien, was das Wachstum und die Virulenz des Pilzes hemmt.“

Warum genau der Pilz die Bläschen mit der schädlichen Fracht aufnimmt, ist bislang noch nicht vollständig geklärt. „Wahrscheinlich nimmt der Pilz Bläschen auf, weil er Nährstoffe will. Er weiß nicht, dass diese RNAs in den Bläschen versteckt sind“, sagt Jin. Auch andersherum schleust der Pilz Lipidbläschen mit schädlichen RNAs in die Pflanzen ein, um ihr Abwehrsystem zu schwächen. Die Lipidhülle dient dabei nicht nur als eine Art Tarnung, sondern schützt auch die empfindliche mRNA davor, vorzeitig abgebaut zu werden. Nach ähnlichem Prinzip wird auch die mRNA der gängigen Corona-Impfstoffe durch eine Lipidhülle geschützt.

Neue Ansätze zur Schimmelbekämpfung?

Aus Sicht des Forschungsteams könnte die Entdeckung der pflanzlichen mRNA-Pilzabwehr dazu beitragen, zukünftig neuartige, umweltfreundliche Mittel zur Pilzbekämpfung zu entwickeln. „RNA-basierte Fungizide würden keine giftigen Rückstände in der Umwelt hinterlassen und weder Mensch noch Tier beeinträchtigen“, sagt Jin. „RNA ist von Natur aus in den meisten Lebensmitteln enthalten und kann leicht verdaut werden.“ Pilzmittel, die die natürlichen Abwehrstrategien der Pflanzen aufgreifen, könnten somit den Pflanzen helfen, den Kampf gegen den Schimmel zu gewinnen, ohne dass dabei Giftstoffe in die Umwelt oder in die Nahrungskette gelangen.

Quelle: Shumei Wang, (University of California, Riverside) et al., Cell Host & Microbe, doi: 10.1016/j.chom.2023.11.020

© wissenschaft.de – Elena Bernard