Getreide verfügt über natürliche Resistenzgene, die es vor krankheitserregenden Pilzen schützen können. Allerdings ist bekannt, dass bestimmte Pilze, wie beispielsweise Mehltau, diese Resistenz überwinden können.
Ein Team der Universität Zürich hat nun einen neuen Mechanismus entdeckt, der es Mehltau ermöglicht, das Immunsystem von Weizen zu umgehen. Diese Erkenntnisse eröffnen die Möglichkeit, gezielt resistente Sorten zu entwickeln, bei denen das Risiko eines Resistenz-Durchbruchs geringer ist.
Getreide gehört zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln. Allein Weizen liefert rund 20 Prozent der weltweiten Protein- und Kalorienversorgung. Seine Produktion wird jedoch durch Pflanzenkrankheiten wie den Weizenmehltaupilz bedroht. Eine nachhaltige Alternative zum Einsatz von Fungiziden ist der Anbau von Weizensorten, die genetisch resistent gegen diesen Erreger sind. In vielen Fällen ist dies jedoch langfristig nicht wirksam, da sich der Mehltau schnell weiterentwickelt und jede Resistenz überwinden kann.
Natürliche Resistenz nutzen
Ein Team der Abteilung für Pflanzen- und Mikrobiologie der Universität Zürich hat nun eingehendere Untersuchungen durchgeführt, um festzustellen, wie der Mehltaupilz trotz vorhandener Resistenzgene Weizen infizieren kann. Die Forscher entdeckten ein bisher unbekanntes Zusammenspiel zwischen Resistenzfaktoren im Weizen und Krankheitsfaktoren im Mehltau. «Dieses vertiefte Verständnis ermöglicht es uns, Resistenzgene gezielter einzusetzen und verhindert oder verlangsamt den Abbau der Resistenz», sagt Postdoktorandin Zoe Bernasconi, eine der Hauptautorinnen der Studie, die gerade in Nature Plants veröffentlicht wurde.
Weizen wird vom Pilz auf zwei Arten ausgetrickst
Der Mehltaupilz produziert Hunderte winziger Proteine, sogenannte Effektoren. Diese Effektoren werden in die Zellen der Wirtspflanze eingeschleust und helfen dabei, eine Infektion zu etablieren. Von Weizen produzierte Resistenzproteine können einige dieser Effektoren erkennen und dadurch eine Immunantwort auslösen, die die Infektion stoppt. Der Pilz umgeht dies jedoch häufig, indem er erkannte Effektoren modifiziert oder sogar ganz verliert.
Das Forschungsteam hat nun einen neuen Mehltau-Effektor (genannt AvrPm4) identifiziert, der vom bekannten Weizen-Resistenzprotein Pm4 erkannt wird. Überraschenderweise ist der Pilz jedoch in der Lage, die durch Pm4 vermittelte Resistenz zu überwinden – und zwar ohne den AvrPm4-Effektor zu modifizieren oder zu verlieren. Sein cleverer Trick besteht darin, dass er über einen zweiten Effektor verfügt, der die Erkennung von AvrPm4 verhindert. „Wir vermuten, dass die Funktion von AvrPm4 für das Überleben des Pilzes essenziell ist und dass deshalb im Laufe der Evolution dieser ungewöhnliche Mechanismus entstanden ist“, sagt Bernasconi.
Interessanterweise hat der zweite Effektor eine doppelte Rolle: Er verhindert die Erkennung des ersten Effektors, AvrPm4, wird aber zusätzlich von einem weiteren Resistenzprotein des Weizens erkannt. „Das bedeutet, dass es durch die Kombination der beiden Resistenzproteine in derselben Weizensorte möglich sein könnte, den Pilz in eine evolutionäre Sackgasse zu locken, aus der er der Immunantwort nicht mehr entkommen kann“, sagt Postdoktorand Lukas Kunz, ein weiterer Hauptautor der Studie.
Neue Ansätze zur Züchtung resistenterer Weizensorten
„Da wir nun die an der Interaktion beteiligten Pilzfaktoren kennen und ihre Wirkungsweise verstehen, können wir wirksamere Maßnahmen ergreifen, um zu verhindern, dass der Mehltau die Resistenz des Weizens durchbricht“, sagt Beat Keller, der bis zu seiner Pensionierung im letzten Jahr die Forschungsgruppe leitete. Durch die Überwachung des Mehltau-Erregers ist es nun denkbar, resistente Weizensorten gezielt dort einzusetzen, wo sie die größte Wirkung erzielen.
Eine clevere Kombination von Resistenzgenen in neuen Weizensorten wäre ebenfalls eine Option. «Theoretisch könnten solche Massnahmen die Entwicklung neuer pathogener Pilzstämme erheblich verlangsamen», sagt Keller. Das Team hat bereits erste vielversprechende Experimente im Labor durchgeführt. Dazu kombinierten sie Resistenzgene, die sowohl auf den AvrPm4-Effektor als auch auf den zweiten Effektor abzielen. Ob dieser Ansatz auch im Feld wirksam ist, muss noch getestet werden.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Zoe Bernasconi, Departement für Pflanzen- und Mikrobiologie, Universität Zürich
+41 44 63 48233
zoe.bernasconi@botinst.uzh.ch
Dr. Lukas Kunz, Departement für Pflanzen- und Mikrobiologie, Universität Zürich
+41 44 63 48210
lukas.kunz@botinst.uzh.ch
Prof. Beat Keller, Departement für Pflanzen- und Mikrobiologie, Universität Zürich
+41 44 63 48230
bkeller@botinst.uzh.ch
Originalpublikation:
Z. Bernasconi, A. G. Herger, M. D. P. Caro, L. Kunz et al.: Virulence on Pm4 kinase-based resistance is determined by two divergent wheat powdery mildew effectors. Nature Plants. 12.1.2026. DOI: 10.1038/s41477-025-02180-w
Text: Melanie Nyfeler Kommunikation, Universität Zürich