Ein Date mit dem Brassicaceen-Spezialisten Thecaphora thlaspeos

Eine breite Vielfalt von Mikroorganismen ist in der Lage mit Pflanzen zu interagieren und diese zu besiedeln. Diese mikrobiellen Gemeinschaften, sogenannte Mikrobiome, sind komplex und umfassen Schädlinge, Nützlinge und Endophyten, die mit der jeweiligen Wirtspflanze interagieren, aber auch intensiv miteinander kommunizieren und gemeinsam auf Umweltstress reagieren. In der Forschung ist es eine große Herausforderung, dieses komplexe Netzwerk auf molekularer und evolutionärer Ebene zu verstehen, um langfristig mikrobielle Gemeinschaften als natürliche Pflanzenschutzmittel und zur Wachstumsförderung im Anbau nutzbar zu machen. Da gute Modellsysteme noch in den Kinderschuhen stecken, haben wir am Beginn von CEPLAS eine Anzeige an die Mikrobenwelt aufgegeben und eine vielversprechende Antwort des Brandpilzes Thecaphora thlaspeos erhalten.

 

Anzeige:

Forscher der Pflanzen-Mikroben-Interaktionen mit grundlegendem Interesse an molekularen und evolutionären Interaktions-Netzwerken, Pflanzenernährung und Pflanzenschutz suchen zur gemeinsamen Laborarbeit einen Pilz, der genetisch veränderbar ist und Modellpflanzen infiziert.

Antwort von Thecaphora thlaspeos:

Liebe Forscher,

Ich bin ein Brandpilz, der sich auf Brassicaceen spezialisiert hat und in Deutschland viel auf Arabis hirsuta zu finden ist. Zu meinen Wirtspflanzen gehören auch die Modellpflanzen für Mehrjährigkeit Arabis alpina und Arabidopsis lyrata sowie Cardamine spps (Vanky et al., 2008), in denen die Evolution der Pflanzenentwicklung untersucht wird (Hay et al., 2014). Ich etabliere langjährige, systemische Infektionen in meinen Wirten, besiedele die gesamte Pflanze von Wurzel über Blätter bis in die Blüte, überwintere als Mycel in den Wurzeln und verbreite mich durch Sporen in den Schoten (Vanky et al., 2008). Ihr kennt sicher meinen Verwandten den Maisbeulenbrand Ustilago maydis, ein Modellpilz der ersten Stunde. Dessen genetische Tools und Methoden könntet ihr für mich nutzbar machen.

Ich würde mich gerne eurem Forschungsteam anschließen und ein zu Hause in eurem Labor finden.

Viele Grüße, Thecaphora thlaspeos

Lieber Brassicaceenbrand,

Du klingst nach einem perfekten Partner. Wir würden dich gerne zu einem synthetischen Symbionten machen und mit dir Wirt-Mikroben und Mikroben-Mikroben-Interaktionen untersuchen. Bei Gefallen, können wir uns ja im Feld treffen und dich mit in unser Labor nehmen um zu untersuchen wie du Brassicaceen infizierst. Dein Verwandter U. maydis ist bei uns schon zu Hause. Also nutzen wir doch unser Wissen, Kultivieren deine Hefe-artige Form, sequenzieren dein Genom und führen genetische Veränderungen durch.

Wenn wir uns gut verstehen, gibt es noch viel was wir in der Zukunft machen können. Wo treffen wir dich?

Liebe Grüße, Das Forscherteam

Liebe Forscher,

Ich freue mich auf unser Treffen im Feld! Es gibt einige Plätze in Deutschland, wo ihr mich auf Arabis hirsuta findet. Wenn ihr mein Genom sequenziert, werdet ihr vielleicht auf interessante Überraschungen stoßen. Und ich glaube, ihr solltet einige Dinge über mich wissen (Frantzeskakis et al., 2017):

  • Wie gesagt, ich infiziere Wurzeln und Blätter und verbreite mich entlang der Leitbündel in der ganzen Pflanze. Aber entdecken könnt ihr mich nur als Sporen in den Schoten.
  • Ich bin mit meiner Energie sehr sparsam und keime nur aus, wenn ich potentielle Wirtspflanzen in meiner Umgebung wahrnehme. Es gibt Signale aus Wurzel und Blättern, die ich erkenne.
  • Wichtig für euch: nach der Keimung habe ich keine Hefe-Form, sondern wachse direkt als Filament. So könnt ihr mich auch im Labor kultivieren.
  • Meine Paarungtypen sind denen von U. maydis sehr ähnlich und ich kann mich paaren. Aber das ist privat
  • Im Labor wäre ich auch bereit eure Lieblingsmodellpflanze Arabidopsis thaliana zu befallen.

Ich hoffe, dass ich euch jetzt so richtig neugierig gemacht habe!

Liebe Grüße,

T. thalspeos

Lieber T. thlaspeos,

Du bist vielleicht ein Brandpilz! Dein Genom ist dem von U. maydis so ähnlich, aber du benimmst dich völlig anders! Das macht uns wirklich neugierig, deine Infektionsbiologie zu verstehen.

Und bitte sag uns:

  • Wie interagierst du mit dem Pflanzenmikrobiom?
  • Wie kannst du so lange als Endophyt in der Pflanze leben? Du ernährst dich von der Pflanze. Wieso merken deine Wirte das nicht? Beeinflusst du die Photosynthese, wie dein Verwandter U. maydis?
  • Und wie steht es mit deiner näheren Verwandtschaft dem Kartoffelbrand T. solani (Andrade et al., 2004) und dem Erdnussbrand T. frezii (Conforto et al., 2013)? Verrätst du uns effektive Pflanzenschutzstrategien?

Das ist der Beginn einer langjährigen Laborbeziehung!

Lass es uns allen erzählen!

 

Liebe Grüße,

Deine Forscher

Ein Beitrag von Dr. Ronny Kellner (Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf/Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung
) and Dr. Vera Göhre (Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
)
Zeichnung von Jörn Aschenbroich (Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
)

Planter’s Punch

Unter der Rubrik Planter’s Punch wird jeden Monat ein bestimmter Aspekt des CEPLAS Forschungsprogramms vorgestellt. Alle Beiträge werden von Mitgliedern der Graduiertenschule und des Postdoc Programms erstellt.

Zusätzliche Literatur

Andrade, O., Munoz, G., Galdames, R., Duran, P., and Honorato, R. 2004. Characterization, In Vitro Culture, and Molecular Analysis of Thecaphora solani, the Causal Agent of Potato Smut. Phytopathology 94:875-882. [Abstract]

Conforto, C., Cazón, I., Fernández, F.D., Marinelli, A., Oddino, C., and Rago, A.M. 2013. Molecular sequence data of Thecaphora frezii affecting peanut crops in Argentina. Eur J Plant Pathol 137:663-666. [Abstract]

Frantzeskakis, L., Courville, K.J., Pluecker, L., Kellner, R., Kruse, J., Brachmann, A., Feldbrügge, M., and Göhre, V. 2017. The plant-dependent life cycle of Thecaphora thlaspeos: a smut fungus adapted to Brassicaceae. Molecular Plant-Microbe Interactions. [Abstract]

Hay, A.S., Pieper, B., Cooke, E., Mandáková, T., Cartolano, M., Tattersall, A.D., Ioio, R.D., McGowan, S.J., Barkoulas, M., Galinha, C., Rast, M.I., Hofhuis, H., Then, C., Plieske, J., Ganal, M., Mott, R., Martinez-Garcia, J.F., Carine, M.A., Scotland, R.W., Gan, X., Filatov, D.A., Lysak, M.A., and Tsiantis, M. 2014. Cardamine hirsuta: A versatile genetic system for comparative studies. Plant J 78:1-15. [Abstract]

Vanky, K., Lutz, M., and Bauer, R. 2008. About the genus Thecaphora (Glomosporiaceae) and its new synonyms. Mycol Prog 7:31-39. [Abstract]

Heinrich Heine University
University of Cologne
Max Planck Institute for Plant Breeding Research
Forschungszentrum Jülich