Svampen Ustilago maydis angriper majs och kan orsaka betydande skada på sin värd. För att göra detta säkerställer det först att växten ger lite motstånd mot infektionen. Den kirurgiska precisionen den tillämpar visar en ny studie från universitetet i Bonn, som nu har publicerats i tidskriften New Phytologist . Gregor Mendel-institutet i Wien och Leibniz-institutet för växtgenetik och växtväxtforskning i Gatersleben var också involverade i arbetet.

Ustilago maydis angriper och förökar sig i majsväxtens luftdelar. Stor tumörliknande vävnadstillväxt bildas ofta på infektionsplatsen. Dessa gallor kan nå storleken på ett barns huvud. Utväxterna utlöses av molekyler som frigörs av svampen, så kallade effektorer. De manipulerar växtens ämnesomsättning och undertrycker dess immunförsvar. De främjar också celltillväxt och delning i majs. För att göra detta stör de en växtsignalväg som regleras av växthormonet auxin.

"Svampen använder denna auxinsignalväg för sina egna syften", förklarar prof. Dr. Armin Djamei, som leder avdelningen för växtpatologi vid INRES-institutet vid universitetet i Bonn. "Detta beror på att den enorma tillväxten av vävnaden slukar energi och resurser som då saknas för försvar mot Ustilago maydis. Dessutom hittar svampen en idealisk tillgång på näringsämnen i utväxterna och kan föröka sig bra där." Bildandet av de karakteristiska gallorna är alltså definitivt i patogenens intresse.

"Vi ville därför ta reda på hur svampen främjar dessa spridningsprocesser", säger Djamei. "För att göra detta sökte vi efter genetiskt material i svampen som gör det möjligt för den att kontrollera auxinsignalvägen för sin värdväxt och därmed dess celltillväxt." Den komplexa sökningen började för sju år sedan vid Gregor Mendel-institutet i Wien. Senare fortsatte odlingsforskaren arbetet vid Leibniz-institutet i Gatersleben och senare vid universitetet i Bonn.

Pathogen programmerar om sin värd

Tillsammans med sina medarbetare kunde Djamei identifiera fem gener som svampen använder för att manipulera värdväxtens auxinsignalväg. Dessa fem gener, kallade Tip1 till Tip5, bildar vad som kallas ett kluster:Om man föreställer sig hela arvsmassan av Ustilago maydis som ett tjockt uppslagsverk, så ligger dessa fem, så att säga, på på varandra följande sidor.

Gener är bygghandböcker – svampen behöver dem för att producera respektive protein. "Proteinerna som kodas av de fem Tip-generna kan binda till ett protein i majsväxten känt för experter som Topless", förklarar Dr. Janos Bindics. En tidigare anställd vid Gregor Mendel Institute, han och hans kollega Dr. Mamoona Khan utförde många av studiens nyckelexperiment.

Topless är en central switch som undertrycker mycket olika signalvägar i växten. Svampeffektorerna som produceras av de fem Tip-generna åsidosätter denna repression - och gör det mycket specifikt för signalvägar som gynnar svampen, såsom den auxindrivna tillväxtsignalvägen. Däremot påverkas inte andra signalvägar som kontrolleras av Topless. "I figurativt sett verkar svampen med kirurgisk precision", betonar Djamei. "Den åstadkommer precis vad den behöver åstadkomma för att bäst infektera majsväxten."

Insikter för grundforskning

Det finns ett antal patogener som stör auxinsignaleringsvägen hos värdarna de infekterar. Exakt hur är ofta inte helt förstått. Det kan vara så att Topless spelar en viktig roll i denna process även i andra grödor. Proteinet uppstod trots allt för flera hundra miljoner år sedan och dess centrala roll har knappast förändrats sedan dess. Den finns därför inte bara i majs, utan i en liknande form i alla andra landväxter. Forskarna kunde till exempel visa att tipeffektorerna av Ustilago maydis också stör auxinsignaleringsvägen hos andra växtarter.

Fynden skulle därför kunna bidra till att bättre förstå infektionsprocesserna vid viktiga växtsjukdomar. Resultaten är särskilt intressanta för grundforskning:"Genom dem kommer det för första gången att vara möjligt att påverka specifika effekter av auxinsignalvägen på ett mycket riktat sätt och därmed belysa effekten av dessa viktiga växthormoner ännu mer exakt, säger Armin Djamei.