Das CUTIN Projekt

Eine formidable Barriere für die Kolonisation eines pflanzlichen Gewebes durch ein pilzliches Pathogen stellt mit Sicherheit die Cuticula dar, die in einer fast vollständig geschlossenen Schicht die oberirdischen Teile aller Landpflanzen überzieht. Pathogene können diese Cuticula entweder durch die Sekretion von Cutinasen oder durch physische Gewalt überwinden - oder sie können die Cuticula umgehen, wenn es ihnen gelingt, die natürlichen Atemöffnungen der Pflanzen, die Stomata, zum Eindringen in das Pflanzeninnere zu nutzen.

Die Rostpilze haben es in diesem Geschäft zu einer unübertroffenen Meisterschaft gebracht. Die Keimschläuche ihrer Uredosporen heften sich an der Cuticula fest und nutzen das Relief der Epidermiszellen aus, um sich auf der Blattoberfläche zu orientieren. Geleitet durch den topographischen Reiz der durch die antiklinen Zellwände hervorgerufenen "Täler" zwischen benachbarten Epidermiszellen wachsen sie gezielt auf eine Spaltöffnung zu. Sobald die Keimschlauchspitze ein solche erreicht hat, stellt der Keimschlauch sein Längenwachstum ein und beginnt mit der Bildung eines Appressoriums. Von diesem ausgehend penetriert der Pilz die Spaltöffnung mit einem dünnen Penetrationskeil und schwillt im Inneren der Atemhöhle wieder zum substomatären Vesikel an. Dieses wächst seitlich mit interzellulären Infektionshyphen aus, die beim Kontakt mit der Mittellamelle einer der Spaltöffnung benachbarten Epidermiszelle an ihrer Spitze Haustorienmutterzellen bilden. Erst nun beginnt die lokal eng begrenzte Lyse der Wirtszellwand und die Bildung eines periplasmatischen Haustoriums im Raum zwischen Zellwand und Plasmamembran der Wirtszelle.

Es ist offensichtlich, daß diese komplexen Serie der Differenzierung von Infektionsstrukturen, die ihresgleichen im Pilzreich sucht, durch eine ebenso komplexe Kette von Signalen und ihrer Erkennung reguliert sein muß. Zur Zeit beschäftigen wir uns mit den Signalen, die zur Erkennung des Stomas, zur Beendigung des Spitzenwachstums und zur Bildung des Appressorium führen. Wir konnten bereits zeigen, daß es sich dabei um eine Kombination von topographischen, also physikalischen Reizen und chemischen Reizen, nämlich bestimmten Komponenten des Epicuticularwachses und flüchtiger Komponente, die über die Spaltöffnungen aus dem Blattinneren entweichen, handelt. Die genaue chemische Charakterisierung dieser Komponenten und ihrer Perzeption durch den pilzlichen Keimschlauch ist Gegenstand laufender Untersuchungen.

Beteiligte Wissenschaftler:

U. Beike, Dipl.-Biol. S. Horn, Dipl.-Biol. K. Reisige, Prof. Dr. B. Moerschbacher

Veröffentlichungen:

Collins, T.J., B.M. Moerschbacher: Synergistic induction of wheat stem rust appressoria by chemical and topographical signals. Physiol. Mol. Plant Pathol. (2001), im Druck