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Wissenschaftler des Sainsbury Laboratory der Universität Cambridge (SLCU) haben eine bahnbrechende Entdeckung gemacht und enthüllt, dass symbiotische und pathogene Pilze, obwohl sie entfernt miteinander verwandt sind, eine ähnliche Gruppe von Proteinen verwenden, um Pflanzen zu manipulieren und zu bewohnen. Diese Forschung, bei der abgesonderte Proteine dieser Pilze mithilfe fortschrittlicher KI-Technologie verglichen wurden, wirft Licht auf die Mechanismen, die den Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Pilzen zugrunde liegen. Die Ergebnisse haben erhebliche Auswirkungen auf die Landwirtschaft und natürliche Ökosysteme, da das Verständnis dieser molekularen Werkzeuge potenziell nützliche Beziehungen zwischen Pflanzen und Pilzen verbessern könnte, gleichzeitig aber auch das Risiko einer erhöhten Anfälligkeit für Krankheitserreger birgt.
Sebastian Schornack und sein Forschungsteam an der SLCU widmen sich der Identifizierung und Charakterisierung neuer Effektoren der arbuskulären Mykorrhiza (AM), bei denen es sich um Proteine handelt, die von symbiotischen Pilzen abgesondert werden, um deren Besiedlung von Pflanzenwurzeln zu erleichtern. Um die Strategien pathogener und symbiotischer Pilze zu entschlüsseln, nutzte das Team das KI-Computerprogramm AlphaFold2, ein leistungsstarkes Werkzeug zur Vorhersage von Proteinstrukturen. Dadurch konnten sie die sezernierten Proteine symbiotischer und pathogener Pilze vergleichen, was letztendlich zur Entdeckung einer strukturell ähnlichen Gruppe von Proteinen führte, die in den Genomen beider Pilzarten kodiert sind.
Die Ergebnisse der Studie haben weitreichende Auswirkungen auf die Pflanzengesundheit und die Landwirtschaft. Symbiotische Pilze wie AM-Pilze spielen eine entscheidende Rolle bei der Nährstoffaufnahme, der Förderung des Pflanzenwachstums und der Abwehr von Krankheitserregern. Andererseits sind pathogene Pilze wie Fusarium oxysporum zerstörerische Krankheitserreger, die wichtige Nutzpflanzen wie Bananen und Ölpalmen bedrohen. Die Identifizierung gemeinsamer Proteine, bekannt als Fusarium oxysporum lycopersici Dual-Domain Proteins (FOLDs), legt nahe, dass diese Proteine zur Fähigkeit sowohl symbiotischer als auch pathogener Pilze beitragen, Pflanzen erfolgreich zu besiedeln.
Dr. Schornack betont, dass die Verbesserung der AM-Beziehungen in Nutzpflanzen zwar das Pflanzenwachstum fördern, aber auch deren Anfälligkeit für Krankheitserreger erhöhen könnte. Diese Entdeckung wirft Fragen über das Vorhandensein und die Funktion dieser Proteine in symbiotischen Pilzen und die möglichen Auswirkungen auf die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben auf.
Das Verständnis der Vielfalt und Ähnlichkeit der Effektoren, die sowohl von Symbionten als auch von Krankheitserregern verwendet werden, ist entscheidend für die Aufklärung der Komplexität der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben. Obwohl Effektorproteine in der Beziehung zwischen Pflanzen und Krankheitserregern relativ gut untersucht sind, ist unser Wissen über Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Symbionten, beispielsweise denen, an denen AM-Pilze beteiligt sind, begrenzt. Die Aufdeckung der verschiedenen Effektoren, die an der Pflanze-Symbionten-Beziehung beteiligt sind, ist ein zentraler Schwerpunkt der laufenden Forschung des Schornack-Teams.
Diese bahnbrechende Forschung wurde durch die Finanzierung der Gatsby Charitable Foundation, der Royal Society und des European Research Council ermöglicht.