Genom-Forschung unter Beteiligung von BOKU-Wissenschaftern


Fusarium graminearum Genom-Publikation in Science

Im Wissenschaftsmagazin Science vom 7. September 2007 berichtet ein großes internationales Forscherteam (29 Wissenschafter aus USA und Kanada, und 16 aus Europa, darunter Ao. Prof. Dr. Gerhard Adam und Dr. Rudolf Mitterbauer von der BOKU) über die Ergebnisse der Genomforschung am Schimmelpilz Fusarium graminearum. Dieser pflanzenpathogene Pilz kann bei günstiger Witterung Getreide, Mais und verschiedene andere Pflanzen befallen. Dabei produziert der Pilz toxische Substanzen (Mykotoxine) die in Getreideprodukten sehr häufig vorkommen und in höheren Konzentrationen eine Gefahr für die Gesundheit von Menschen und Nutztieren darstellen. Zwar gibt es in der EU seit 2005 Mykotoxingrenzwerte für Nahrungsmittel, dies löst jedoch das Problem nicht wirklich. In Problemjahren könnte ein Großteil der Ernte nicht mehr für den menschlichen Verzehr geeignet sein.

Ziel des internationalen Forscherteams war es nun herauszufinden, welche Mechanismen und Gene speziell Fusarium graminearum befähigen verschiedene Wirtspflanzen zu befallen, deren Abwehrmechanismen zu überwinden oder zu unterdrücken. Dazu wurde mit Mitteln des US Landwirtschaftsministeriums von einem Fusarium-Isolat die vollständige Genomsequenz ermittelt. Die Genomgröße beträgt etwas mehr als 36 Millionen Basenpaare. Zwei unabhängig durchgeführte bioinformatische Analysen ergaben, dass der Pilz etwa 13.000 Gene besitzt. Mit dieser Information über vorhergesagte Gene wurde ein Affymetrix Gen-Chip hergestellt und dazu verwendet, die Expression aller dieser Gene unter verschiedenen Bedingungen, und insbesonders während des Befalls von Gerste zu untersuchen. Mit Teilsequenzen eines anderen Isolates konnten über 10.000 Sequenzunterschiede (Polymorphismen) identifiziert werden. Das wichtigste Ergebnis dieser Untersuchungen war, dass diese Unterschiede gehäuft in bestimmten Regionen, insbesonders nahe der Chromosomen-Enden auftraten, und dass in diesen besonders variablen Regionen überproportional viele Gene lokalisiert sind, die nur „in planta“ exprimiert werden, überwiegend für sekretierte Proteine kodieren, und für Proteine, die nur in F. graminearum vorkommen, nicht jedoch in verwandten Pilzen. Dies legt die Vermutung nahe, dass diese besonders variablen Regionen Gene enthalten, die dem Pathogen eine rasche Anpassung an den Wirt erlauben und für die hohe Virulenz besonders wichtig sind. Überdies hat der Pilz ein ungewöhnlich großes Repertoir an Genen, die für Enzyme zur Synthese von Sekundärmetaboliten kodieren, wobei nur für einen geringen Teil bekannt ist, welche Substanzen produziert werden.

Die Forschungen der Arbeitsgruppe Adam, und des Münchner Bioinformatik Partners Dr. Ulrich Gueldener, der die Fusarium Genomdatenbank (mips.gsf.de/genre/proj/fusarium/) entwickelte, wurden vom österreichischen Genomforschungsprogramm GEN-AU finanziert. In einem von Gerhard Adam koordinierten Pilot-Projekt der ersten Phase (http://www.gen-au.at/) hat ein interdisziplinäres BOKU-Team bestehend aus Molekularbiologen des Instituts für Angewandte Genetik und Zellbiologie, aus analytischen Chemikern des IFA Tulln bzw. Christian Doppler Labors für Mykotoxinforschung, aus Phytopathologen und Pflanzenzüchtern des IFA Tulln, verstärkt durch Forscher von der TU Wien, des ARC Seibersdorf und einer Züchterin der Fa. Saatzucht Donau versucht, die Erkenntnisse über Virulenzfaktoren des Pilzes möglichst rasch in die Züchtung resistenter Pflanzen umzusetzen. So stellte sich beispielsweise heraus, dass eine hochresistente chinesische Weizensorte eine besonders stark ausgeprägte Fähigkeit hat, das Pilzgift Deoxynivalenol durch Verknüpfung mit einem Glucosemolekül zu entgiften.

Die Analyse des Fusarium-Genoms an der BOKU hat einen neuen möglichen Angriffspunkt für die Bekämpfung von Fusarium ergeben. Der Pilz benötigt zur Herstellung vieler Toxine ein zentrales Enzym (Phosphopantetheinyltransferase). In zukünftigen Forschungen des BOKU Teams soll untersucht werden, ob es nicht für den Menschen unbedenkliche Pflanzeninhaltsstoffe gibt, die dieses Enzym blockieren, und somit das pathogene Potential des Pilzes stark reduzieren.

 

 

Für Rückfragen:

Ao. Prof. Dr. Gerhard Adam

Institut für Angewandte Genetik und Zellbiologie

VIBT- Vienna Institute of BioTechnology

BOKU Wien

A-1190 Wien, Muthgasse 18

Tel. +43-1-36006-6380

E-mail: gerhard.adam(at)boku.ac.at

 


07.09.2007