Forschende der Goethe-Universität, der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung und der Justus-Liebig-Universität Gießen haben eine innovative Methode entwickelt, die das Verständnis von Organismen, die totes Pflanzenmaterial zersetzen, revolutionieren könnte. Diese neue Methode, genannt fDOG (Feature architecture-aware directed ortholog search), erlaubt die gezielte Suche nach Genen, die von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen. Laut [puk.uni-frankfurt.de] ermöglicht diese Technik eine detaillierte Analyse der Genomdaten und der Architektur der Proteine, was zu bedeutenden Erkenntnissen über den Abbau pflanzlicher Zellwände führt.
In einer umfassenden Studie wurden mehr als 18.000 Arten untersucht, um Gene für Enzyme zu identifizieren, die an der Zersetzung pflanzlicher Zellwände beteiligt sind, bekannt als Plant Cell Wall-Degrading Enzymes (PCDs). Diese Forschung hat interessante Ergebnisse zutage gefördert: Neben Pilzen und Bakterien wurden auch einige wirbellose Tiere entdeckt, die über Enzyme verfügen, die in der Lage sind, pflanzliches Material abzubauen. Besonders bemerkenswert ist, dass einige Pilzarten im Zuge einer parasitären Lebensweise Gene verloren haben, die für den Abbau von Zellwänden notwendig sind.
Vielfalt der Abbauorganismen
Die Studie legt nahe, dass ein breites Spektrum an zellwandabbauenden Enzymen, vor allem bei Gliederfüßern, festgestellt wurde. Diese Enzyme dürften durch horizontalen Gentransfer von Pilzen und Bakterien in die Organismen gelangt sein. Diese Erkenntnisse erweitern unser Wissen über die möglichen Wege, über die wirbellose Tiere pflanzliches Material eigenständig zersetzen können. Die Forschung zeigt zudem auf, wie biologische Fähigkeiten durch den Lebensbaum verteilt sind und welche Rolle diese Abbauprozesse im globalen Kohlenstoffkreislauf spielen, da Böden als die größten Kohlenstoffspeicher der Erde gelten, die große Mengen an abgestorbenem Pflanzenmaterial enthalten.
Ein weiterer Aspekt der Forschung ist die Untersuchung von Pilzen, die Pflanzenkrankheiten verursachen können. Laut [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov] sind etwa zehn Prozent aller beschriebenen Pilzarten in der Lage, solche Krankheiten auszulösen. Sie nutzen eine Vielzahl sekretorischer Enzyme, um die Zellwände von Pflanzen zu durchdringen, die als wichtige Barriere gegen Pathogenangriffe fungieren. Diese Enzyme sind entscheidend für die Depolymerisation von Zellwandbestandteilen wie Cellulose, Hemicellulose und Pektin.
Die neuesten Fortschritte in der genomischen und systematischen Forschung haben eine beeindruckende Vielfalt von Zellwand-abbauenden Enzymen (CWDE) aufgedeckt, die in pflanzenpathogenen Pilzen vorhanden sind. Dabei wurden spezifische Familien dieser Enzyme identifiziert, deren Unterschiede zwischen pathogen und nicht-pathogen agierenden Pilzen diskutiert werden. Die Bedeutung einzelner Enzymfamilien für die Pathogenese sowie der sekretorische Weg, auf dem CWDEs aus der Pilzzelle transportiert werden, werden in der Studie hervorgehoben.
Die neue Erkenntnisschatz über die Prozesse, die beim Abbau von Pflanzenmaterial stattfinden, wurde in der Fachzeitschrift Molecular Biology and Evolution publiziert. Diese Arbeit eröffnet die Möglichkeit, das Verständnis darüber, wie verschiedene Organismen zur Zersetzung von pflanzlichem Material beitragen, erheblich zu vertiefen und könnte in Zukunft auch für landwirtschaftliche und ökologische Anwendungen von Bedeutung sein.
