Chemische Kommunikation in mykoparasitischen Interaktionen

Schimmelpilze stellen eine reichhaltige Quelle an spezifischen Stoffwechselprodukten sogenannten Sekundärmetaboliten - dar, die einerseits als bioaktive Substanzen (zB. Antibiotika) Anwendung finden und andererseits auch für den Pilz selbst bei der Verteidigung und Kommunikation mit anderen Organismen bzw. als chemische Waffen nützlich sind. Dies trifft auch für mykoparasitische Pilze zu, die andere Pilze angreifen und parasitieren können und zu denen manche Arten der Gattung Trichoderma gehören. Die Bildung der meisten Sekundärmetaboliten erfordert die Anwesenheit spezifischer Reize, da die zugrundeliegenden Gene bei standardmäßiger Kultivierung im Labor nicht aktiv sind. Im vorliegenden Projekt sollen nun die Rolle von Sekundärmetaboliten bei der chemischen Kommunikation zwischen zwei Schimmelpilzen, dem Mykoparasiten Trichoderma atroviride und dem Pflanzenschädling Botrytis cinerea (Grauschimmel), im Detail untersucht und die aktivierenden Effekte dieser Interaktion auf die Bildung neuer Stoffwechselprodukte erforscht werden. Für diesen Zweck werden wir eine neuartige integrative Herangehensweise entwickeln, die aus einer Kombination modernster Methoden besteht und die gleichzeitige, detaillierte Untersuchung verschiedener zellulärer Ebenen ermöglicht. Das Zusammenführen von bildgebender Massenspektrometrie, hochauflösender Metabolomanalyse, Lebendzell-Mikroskopie und Analyse der Genexpression zu einem maßgeschneiderten Paket komplementärer Methoden wird zu neuen, noch nie dagewesenen Einblicken in die Rolle kleiner chemischer Moleküle während der komplexen mykoparasitischen Pilz-Pilz Interaktion und zur Entdeckung neuer pilzlicher Sekundärmetaboliten führen.

In diesem Forschungsprojekt wurde untersucht, wie der pflanzenfreundliche Pilz Trichoderma atroviride und der Pflanzenpathogen Botrytis cinerea (Grauschimmelkrankheit) durch den Austausch von chemischen Signalen miteinander interagieren. Bei diesen Signalen, den so genannten spezialisierten Metaboliten, handelt es sich um kleine Moleküle, die Pilze zur Kommunikation, zur Verteidigung oder zum Angriff auf andere einsetzen. Ziel war es, zu verstehen, wie diese chemischen Signale funktionieren, und neue zu entdecken, die für die Landwirtschaft oder die Medizin nützlich sein könnten. Pilze produzieren viele nützliche Verbindungen, wie z. B. Antibiotika, aber sie stellen diese Verbindungen nicht immer im Labor her. Um beide Pilze zur Produktion dieser verborgenen Chemikalien anzuregen, wurden sie zusammen kultiviert, um ihre natürliche Umgebung nachzuahmen, und es wurde getestet, wie bestimmte Chemikalien des einen Pilzes den anderen beeinflussen. Auf diese Weise wollten wir neue Verbindungen entdecken und verstehen, wie Pilze miteinander "kommunizieren". Wichtige Ergebnisse Wir konnten zeigen, dass die Menge und die Art der von T. atroviride produzierten Substanzen von den Lichtverhältnissen abhängen. Wenn der Pilz bei reduziertem Licht oder in Dunkelheit wuchs, erhöhte sich die Produktion bestimmter nützlicher Verbindungen, darunter 6-Pentyl--Pyron (6-PP), das antimykotische und das Pflanzenwachstum fördernde Eigenschaften besitzt. Das Team entdeckte außerdem das spezifische Gen (pks1), das für die 6-PP-Biosynthese verantwortlich ist. Wurde pks1 entfernt, stellte T. atroviride die Produktion von 6-PP ein und wurde weniger wirksam bei der Bekämpfung von B. cinerea. Es wurde gezeigt, dass der Schadpilz B. cinerea das von T. atroviride produzierte 6-PP abbauen und für seine eigene Energiegewinnung nutzen kann. Dies illustriert, dass Pilze nicht nur chemische Signale produzieren, sondern auch auf die Signale anderer Pilze reagieren und diese sogar verstoffwechseln können. Warum ist dies von Bedeutung? Diese Forschung hilft uns zu verstehen, wie Pilze in der Natur interagieren und konkurrieren. In Zukunft könnte dies zu einem besseren Pflanzenschutz führen, indem die pflanzenfördernde Wirkung von T. atroviride, einem natürlichen Mittel zur Bekämpfung von durch B. cinerea verursachten Pflanzenkrankheiten, gezielt verbessert wird. Der Einsatz solcher biologischen Pflanzenschutzmittel ist ein nachhaltiger Ansatz zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten, ohne dass auf schädliche Chemikalien zurückgegriffen werden muss. Darüber hinaus könnten die erzielten Ergebnisse den Weg für die Suche nach neuen Chemikalien ebnen, die in der Landwirtschaft, Medizin oder Industrie eingesetzt werden können. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Projekt unser Verständnis von Pilzinteraktionen verbessert und neue Möglichkeiten eröffnet hat, das Potential der Pilze zur Bewältigung von Herausforderungen in der Landwirtschaft und im Umweltschutz zu nutzen. Das interdisziplinäre Team hat herausgefunden, wie Pilze über sekundäre Stoffwechselprodukte kommunizieren, und die Tür zur Entdeckung neuer, nützlicher Verbindungen für eine Vielzahl von Anwendungen geöffnet.