Neue Forschungsergebnisse geben Aufschluss darüber, wie schädliche Pilze hilfreich sein und die Lebensmittelverschwendung reduzieren könnten

Schimmel und durch Pilze verursachte Krankheiten können die Haltbarkeit von Obst und Gemüse stark beeinträchtigen. Einige Pilze kommen ihren Wirten jedoch zugute, indem sie das Überleben der Pflanzen unterstützen. Colletotrichum tofieldiae (Ct) ist ein Wurzelschimmel, der typischerweise die weitere Pflanzenentwicklung unterstützt, selbst wenn der Pflanze Phosphor fehlt, ein wichtiger Nährstoff für Photosynthese und Wachstum. Forscher haben einen einzigartigen pathogenen Stamm des Pilzes namens Ct3 untersucht, der umgekehrt das Pflanzenwachstum hemmt. Ihre Forschung ist veröffentlicht in Naturkommunikation.

Durch den Vergleich der nützlichen und schädlichen Ct-Stämme stellten sie fest, dass die Aktivierung eines einzelnen Pilz-Sekundärstoffwechsel-Genclusters die negativen Auswirkungen des Pilzes auf die Wirtspflanze bestimmt. Wenn der Cluster gestört wurde, sei es genetisch oder durch eine Veränderung der Umwelt, änderte sich das Verhalten der Pilze von einer Hemmung des Wachstums zu einer Wachstumsförderung. Das Verständnis solcher Mechanismen könnte uns helfen, die Lebensmittelverschwendung zu reduzieren, indem wir uns die positive Rolle von Pilzen für Lebensmittel zunutze machen.

Wenn Ihre frischen Erdbeeren schimmelig werden oder die Weintrauben am Boden der Obstschale grau werden und schrumpfen, ist das immer etwas enttäuschend und unangenehm. Der Übeltäter ist in der Regel ein krankheitserregender Pilz namens Botrytis, der weltweit Nahrungspflanzen zerstört und sich leicht durch Wind und Boden verbreitet.

Es gibt jedoch viele Pilze, die eine weniger zerstörerische Beziehung zu ihren Wirtspflanzen haben und sogar Partnerschaften eingehen, die der Pflanze zum Gedeihen verhelfen können. Die Förderung der positiven Eigenschaften von Pilzen und die Unterdrückung unerwünschter Folgen (wie schimmelige Früchte) würde die globale Ernährungssicherheit erheblich verbessern und dazu beitragen, eine große Menge an Lebensmittelverschwendung zu reduzieren.

„Pflanzenassoziierte Pilze zeigen unterschiedliche Infektionslebensweisen, die je nach Wirtsumgebung von wechselseitig (nützlich) bis pathogen (schädlich) reichen. Die Mechanismen, mit denen diese Mikroben diese unterschiedlichen Lebensstile durchlaufen, sind jedoch noch wenig verstanden“, sagte außerordentlicher Professor Kei Hiruma von der Graduate School of Arts and Sciences der Universität Tokio.

„Wir haben genetische Informationen von verschiedenen Stämmen eines Wurzelpilzes namens Colletotrichum tofieldiae mithilfe einer vergleichenden transkriptomischen Analyse analysiert, was es uns ermöglichte, Unterschiede in der Genexpression zwischen den einzelnen Stämmen zu untersuchen. Überraschenderweise fanden wir, dass ein einzelner Pilz-Sekundärstoffwechsel-Gencluster namens ABA-BOT existiert , bestimmt allein, ob der Pilz pathogene oder wechselseitige Eigenschaften gegenüber der Wirtspflanze aufweist.“

Colletotrichum tofieldae ist ein Pilz, der Pflanzen bei Phosphormangel typischerweise zugute kommt und ihnen hilft, trotz des Mangels an diesem lebenswichtigen Nährstoff zu gedeihen. Es hat sich sogar gezeigt, dass es das Wachstum und den Ertrag wirtschaftlich wichtiger Nutzpflanzen wie Mais und Tomaten steigert. In dieser Studie verwendete das multiinstitutionelle Team Ackerschmalwand als Wirtspflanze und bezog sechs Ct-Stämme aus verschiedenen geografischen Standorten, um sie zu infizieren.

Fünf Stämme förderten das Pflanzenwachstum erwartungsgemäß deutlich, aber ein sechster Stamm namens Ct3 unterdrückte nachweislich die Nährstoffaufnahme, hemmte das Pflanzenwachstum und führte zu Krankheitssymptomen. Was hat diese drastische Veränderung verursacht?

„Wir haben zwei Schlüsselpunkte identifiziert: Erstens, dass Ct3 auf der Pilzseite den ABA-BOT-Biosynthese-Gencluster aktiviert; und zweitens, dass Ct3 auf der Pflanzenseite die ABA-Signalwege der Wirtspflanze induziert, über die der Pilz das Pflanzenwachstum hemmt.“ „, erklärte Hiruma. Die Forscher fanden heraus, dass sowohl pathogene als auch mutualistische Stämme von Colletotrichum tofieldae den ABA-BOT-Gencluster enthalten, mutualistische Stämme ihn jedoch nicht exprimierten, dh die Gene wurden nicht aktiviert.

Die Entdeckung war eine Überraschung, da man herkömmlicherweise davon ausging, dass Krankheitserreger und Mutualisten unterschiedliche Merkmale aufweisen. Diese Ergebnisse legen jedoch nahe, dass zwischen ihnen eine engere Beziehung besteht.

Wenn der Gencluster gestört wurde, entweder auf genetischer Ebene oder durch Veränderung der Umgebung der Pflanze, wurde Ct3 nicht pathogen und wurde sogar für den Wirt nützlich, da es das Wurzelwachstum förderte. Obwohl weitere Untersuchungen erforderlich sind, scheint es, dass der ABA-BOT-Gencluster zur Pathogenese verschiedener Pilze außerhalb der Ct-Arten beitragen könnte.

Beispielsweise kann es an der Pathogenese der Botrytis beteiligt sein, die unser Obst und Gemüse im Haushalt befällt.

„Wenn wir ein umfassendes Verständnis der regulatorischen Mechanismen erlangen, die den Gencluster des Sekundärstoffwechsels von Pilzen steuern, können wir eine Methode entwickeln, um potenzielle Pathogenese in ansonsten nützlichen Pilzen selektiv zu unterdrücken, ihre Nutzung in der Landwirtschaft zu optimieren und das volle Potenzial der natürlich vorhandenen mikrobiellen Vielfalt auszuschöpfen.“ in Bodenökosystemen“, sagte Hiruma.

„Mir ist klar geworden, dass sogar Krankheitserreger während eines erheblichen Teils ihres Lebenszyklus unschädliche Eigenschaften aufweisen können. Tatsächlich beginne ich über die Möglichkeit nachzudenken, dass das, was wir traditionell als Krankheitserreger bezeichnen, unter anderen Bedingungen tatsächlich als nützliche Mikroben fungieren könnte.“ “