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Marburg Kampf mit biologischen Mitteln gegen Pilzbefall von Maispflanzen
Marburg Kampf mit biologischen Mitteln gegen Pilzbefall von Maispflanzen
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20:58 02.05.2021
Professor Gert Bange (hinten) zusammen mit seinem Mitarbeiter Florian Altegoer in seinem Labor bei der Forschung an den Kiwellinen im Jahr 2019 anlässlich der Publikation der Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift "Nature".
Professor Gert Bange (hinten) zusammen mit seinem Mitarbeiter Florian Altegoer in seinem Labor bei der Forschung an den Kiwellinen im Jahr 2019 anlässlich der Publikation der Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift "Nature". Quelle: Nadine Weigel
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Marburg

Pathogene Pilze können schwerwiegende Pflanzenkrankheiten verursachen und damit entscheidend die globale Ernährungssicherheit und Pflanzenökologie gefährden. Professor Gert Bange vom Zentrum für synthetische Mikrobiologie (Synmikro) und dem Fachbereich Chemie der Philipps-Universität Marburg steht den Pflanzen nun helfend zur Seite: Ab Sommer 2021 wird Bange seine Forschung zu Kiwellin-Proteinen mit Hilfe einer jetzt bewilligten Millionenförderung durch den Europäischen Forschungsrat vertiefen.

Diese 2017 von Bange und der Marburger Professorin und mittlerweile pensionierten Pflanzenforscherin Regine Kahmann entdeckten Proteine könnten Pflanzen auf molekularer Ebene gezielt gegen Pilzbefall schützen.

Studie an Maispflanzen

Marburger Forscher hatten in der Wissenschaftszeitschrift „Nature“ ­2019 veröffentlichten Studie am Beispiel von Maispflanzen diese gänzlich neue Klasse von pflanzlichen Abwehrmolekülen entdeckt: Die Kiwelline werden von Pflanzen als Abwehrreaktion gegen den Befall durch schädliche­ ­Pilze gebildet. Kiwelline waren zwar schon vorher als eine ­Familie von Pflanzenproteinen bekannt, die in vielen Pflanzenarten vorkommen. Erforscht worden war zuvor allerdings nur, dass das Kiwellin „Kiwi 1“ in der Kiwi-Frucht bei Menschen als ­Allergen wirkt.

Doch dann wurde auch erstmals eine biologische Funktion dieses Kiwellins entdeckt: Es hemmt spezifisch ein Enzym, das für die Ausbreitung des Maisbranderregers bei der Maispflanze verantwortlich ist.

Effektormoleküle kommen in Maispflanze

„Werden wichtige Kulturpflanzen von Krankheiten befallen, kann das zu deutlichen wirtschaftlichen Schäden führen“, sagt Bange. Ein Beispiel ist Mais, der nicht nur als Nahrungsquelle dient, sondern auch die Grundlage für die Erzeugung von Biogas ist. Im Fall der Maispflanze ist Ustilago maydis für die Schäden verantwortlich – ein hochspezialisierter Pilz, der nur Mais befällt und den Ertrag durch seine Auswucherungen am Kolben deutlich mindert.

Im Verlauf der Maisbeulenbrand-Infektion werden vom Pilz eine Vielzahl sogenannte Effektormoleküle in die Maispflanze abgegeben, die die Infektion unterstützen und die Immunantwort der Pflanze unterdrücken. „Im Projekt KIWIsome werden wir untersuchen, wie sich Pflanzen gegen solche molekularen Waffen verteidigen können. Eine besondere Rolle werden dabei Kiwellin-Proteine spielen“, sagt Bange.

20 verschiedene Kiwelline

Kiwellin-Proteine haben antikörperähnliche Eigenschaften. Allein im Mais finden sich 20 verschiedene Kiwelline, von denen bisher schon zwei identifiziert sind. Einzelne Kiwelline könnten die schädlichen Effektormoleküle des Pilzes hemmen und so die Immunantwort der Pflanze unterstützen.

Die Forschungsarbeiten des Teams unter Leitung von Bange waren auch nach der Publikation in „Nature“ weitergegangen. Mit der europäischen Finanzierung können sie jetzt auch mit mehr Personal weitergeführt werden. Innerhalb des Projektes sollen die erfolgversprechenden Kiwelline identifiziert und genauer analysiert werden, um diese Proteine gezielt als Schutz für verschiedene Pflanzenarten gegen pathogene Eindringlinge einsetzen zu können.

Soll Alternative bringen

„Damit bietet das Projekt ein tieferes grundlegendes Verständnis der molekularen Mechanismen, die dem ewigen Wettrüsten zwischen Pflanzen und ihren pathogenen Eindringlingen zugrunde liegen“, sagt Bange. Mittelfristig könnte die Marburger Entdeckung eine­ biotechnologische Nutzung von Kiwellinen als biologisches Pflanzenschutzmittel und einer Alternative zu auf Chemikalien basierenden Pflanzenschutzmitteln ermöglichen.

„Die Mikrobiologie bietet immer wieder erstaunliche und überraschende Einblicke in Prozesse, fast schon kleine Parallelwelten, die für uns üblicherweise verborgen bleiben. Doch das Projekt von Bange ist nicht nur sehr faszinierend, sondern leistet auch einen ganz wichtigen Beitrag im Bereich der Pflanzenökologie“, sagt der Marburger Uni-Vizepräsident Professor Michael Bölker.

Der Europäische Forschungsrat (European Research Council, ERC) fördert das Marburger Forschungsprojekt unter Leitung von Professor Gert Bange mit dem „KIWIsome - Kiwellins in the plant defense against pathogenic invaders“ mit 2,4 Millionen Euro für die kommenden fünf Jahre. Die „ERC Advanced Grants“ unterstützen exzellente Forscher in der Karrierephase, in der sie bereits etablierte Forschungsleiter sind und eine anerkannte Erfolgsbilanz von Forschungsleistungen vorweisen können. Die Kandidaten müssen den bahnbrechenden Charakter, den Ehrgeiz und die Machbarkeit ihres wissenschaftlichen Vorschlags nachweisen.

Insgesamt war in der Antragsrund 2020 beim Europäischen Forschungsrat Ende vergangenen Jahres für 2687 Projekte eine Förderung beantragt worden. Davon wurden 8 Prozent bewilligt. 40 davon gingen nach Deutschland, vier nach Hessen und eine nach Marburg.

Das Geld soll in Marburg vor allem ins Personal fließen: eine Wissenschaftlerstelle sowie zwei Doktoranden und ein technischer Assistent könnten damit finanziert werden. Auch Verbrauchsmaterialien sowie Chemikalien sollen damit bezahlt werden. Geräte wie ein neues Kryoelektronen-Mikroskop sowie Pflanzenkammern können im Neubau des Zentrums für Synthetische Mikrobiologie (Synmikro) genutzt werden, erläuterte Professor Bange.

Von Manfred Hitzeroth

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