Der Zuckerüberfall: Ein hinterhältiger Erreger saugt Zucker mit pflanzeneigenen Rohren ab

Von Tegan Armarego-Marriott

Klubwurzel auf Kohl. Quelle: https://www.rhs.org.uk/advice/profile?pid=128

Wir neigen dazu, die kleinen Gemeinheiten der Welt - Parasiten und Krankheitserreger - als intrinsisch faul zu betrachten. Anstatt den üblichen Anstand zu haben, entweder ihre eigenen Kohlenstoffe herzustellen (groß in die Pflanzenwelt zu schreien!) Oder sie zu jagen und zu sammeln, finden diese kleinen Kerle einfach einen Wirt und saugen alles Gute aus, was sie finden können. In der natürlichen Welt stellt sich jedoch heraus, dass es keine kostenlose Nahrung gibt. Für den als Clubroot (Plasmodiophora brassicacae) bekannten pesky-Erreger ist die Manipulation der erforderlichen Zucker auf mehreren Ebenen erforderlich, sowohl um die Kontrolle des Wirts über den eigenen Zuckermetabolismus zu beeinflussen als auch die inneren Rohre der Wirtspflanze für die Zuckerabgabe vollständig umzugestalten.

Clubroot ist ein im Boden geborener Erreger, der Mitglieder der Brassicacae-Familie infiziert, unter anderem den Kohl. Die Brassicaceae-Familie umfasst neben vielen wichtigen Kulturen wie Brokkoli, Blumenkohl, Rüben, Radieschen und der Ölpflanze Raps (Rapssamen) auch die Lieblingspflanze vieler Wissenschaftler - die „Musterratte“ der Pflanzenwelt Arabidopsis Thaliana. Queue-Forschung.

Die Infektion mit der Klubwurzel kann zu massiven Ernteausfällen führen. Obwohl eine Infektion leicht durch die Bildung von klumpenartigen Gallen an Pflanzenwurzeln erkennbar ist (siehe: clubroot), ist sie leider nicht so leicht zu behandeln oder zu heilen. Frühere Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass ein kritischer Punkt bei der Entwicklung der Krankheit die Fähigkeit des Erregers ist, Zucker aus seinem Wirt zu stehlen. Walerowski und Kollegen haben diese Zuckerverbindung vor kurzem weiter untersucht. Ihre Forschung lieferte wichtige Hinweise, die im Kampf gegen die Clubwurzel helfen könnten.

Um besser zu verstehen, wie die Klubwurzel ihr zuckerhaltiges Futter von ihrem Wirt entlockt, infizierten die Autoren Arabidopsis thaliana absichtlich mit dem Erreger. Sie stellten fest, dass die Infektion zu Veränderungen in bestimmten pflanzlichen Enzymen führte, die am Zuckerstoffwechsel beteiligt sind (Zucker herstellen und brechen) und den Transport beeinflussen. Im Allgemeinen waren die für die Herstellung und den Transport von Zuckern verwendeten Enzyme erhöht, während die an ihrem Abbau beteiligten Personen verringert waren. Diese Manipulationen scheinen für den Erreger zu wirken: Nach der Infektion war die Ansammlung von Zucker im Phloem der Pflanze (spezialisierte Pfeifen für den Zuckertransport) erhöht.

Interessanterweise fanden die Autoren, wenn sie versuchten, mutierte Pflanzen zu infizieren, die in einigen dieser hochregulierten Zuckertransporter (passenderweise als SWEET-Transporter bezeichnet) defekt waren, erhebliche Verzögerungen im Lebenszyklus des Erregers. Die Unterbrechung der Zuckerversorgung kann daher ein Schlüssel zur Verlangsamung der Krankheit sein.

Als ob dies nicht genug wäre, haben Walerowski und seine Kollegen gezeigt, dass nicht nur mehr Zucker im Phloem infizierter Pflanzen vorhanden ist, sondern auch die Phloemzellen vollständig umgestaltet werden und in infizierten Pflanzen komplexer werden. Wieder scheinen diese Veränderungen den pathogenmutanten Pflanzen zu helfen, deren Pipes nicht mit kleineren Pathogengallen umgestaltet werden konnten. Erstaunlicherweise passten sich Krankheitserreger einfach an, um diese minderwertigen Wirte zu infizieren! Sie beschleunigten ihren Lebenszyklus und setzten früher Sporen frei, vermutlich, um die nächste Generation loszuschicken, um einen fitteren Wirt zu finden, der besiedelt werden sollte.

Plasmodiophora brassicacae (clubroot) -Infektion führt zu umgebauten Phloemzellen (rechts), verglichen mit nicht infizierten oder scheinbehandelten Pflanzen (links). Infizierte Pflanzen haben ein komplexeres Phloem mit mehr Begleitzellen (CC), Siebelementen (SE) und Phloemparenchym (PP). Abbildung angepasst von Walerowski et al., 2018.

Tatsächlich waren es die Mutantenpflanzen selbst, die am meisten litten. Pflanzen, die nicht in der Lage waren, ihr Phloem umzugestalten, starben vorzeitig, wohingegen solche, die lange genug lebten, um Samen zu erzeugen. Obwohl die Zuckerrohrintervention tatsächlich dem Erreger zugute kommen kann, kann dies auch dem Wirt helfen. Es scheint, als sei das komplexe architektonische Unterfangen eine Win-Win-Situation.

Alles in allem enthüllt diese Arbeit die erstaunliche Länge, in die die Erreger gehen werden, um das zu bekommen, was sie brauchen, und liefert auch einige Hinweise, die uns letztendlich helfen können, Ernten bei der Überwindung der Keulenwurzelkrankheit zu unterstützen.

Um mehr über diese erstaunlichen pathogenen Zuckervampire und die Pflanzen, die sie versorgen, zu lesen, lesen Sie die Veröffentlichung von Walerowski et al., 2018, und die beiliegende Zusammenfassung in Kurzfassung.

Piotr Walerowski, André Gündel, Nazariyah Yahaya, William Truman, Mirosław Sobczak, Marcin Olszak, Stephen Rolfe, Ljudmilla Borisjuk, Robert Malinowski. (2018). Die Clubroot-Krankheit stimuliert frühe Schritte der Phloem-Differenzierung und rekrutiert SWEET-Saccharosetransporter in sich entwickelnden Gallen. Plant Cell 30: 3058–3073; DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.18.00283

Armarego-Marriott Tegan. (2018). Zuckerarchitekt: Die Brassicaceae Pathogen Clubroot manipuliert Pflanzen auf mehreren Ebenen, um die Saccharoseversorgung sicherzustellen. Plant Cell 30: 2896–2897; DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.18.00886