Institut für Angewandte Biowissenschaften - Abteilung Genetik

Der phytopathogene Pilz Ustilago maydis, bekannt als Erreger des Maisbeulenbrands, gehört systematisch der Klasse der Heterobasidiomyceten, Ordnung Ustilaginales und der Familie der Ustilaginaceae an. U. maydis besitzt ein sehr enges Wirtsspektrum, das neben Mais (Zea mays) lediglich die als Urformen des Mais diskutierten Teosinte (Zea mays ssp. mexicana und Zea mays ssp. pavigluminis) umfasst. Nach einer Infektion der Maispflanze mit U. maydis kommt es zur Ausbildung typischer Krankheitssymptome, welche erstmals 1754 von Bonnet beschrieben wurden. Diese umfassen Chlorosen, Anthocyanbildung und schließlich die Bildung auffälliger Tumore an allen oberirdischen Pflanzenteilen. Nach Aufbrechen dieser Tumore werden die schwarzen Teliosporen freigesetzt, das daraus resultierte verbrannte Aussehen der Maispflanze ist namensgebend für die hervorgerufene Krankheit.

Obwohl U. maydis nur eine geringe wirtschaftliche Bedeutung zufällt, hat sich der Organismus dennoch in den letzten Jahrzehnten zu einem der wichtigsten Modellorganismen für phytopathogene Pilze entwickelt. Sein dimorpher Lebenszyklus, der sich in eine saprophytische und eine biotrophe Phase aufteilt, kann unter Laborbedingungen in nur 3-4 Wochen komplett vollzogen werden. Hinzu kommt, dass sich U. maydis in seinem saprophytischen Wachstumsstadium auf künstlichen Medien kultivieren lässt und für eine Vielzahl von molekularbiologischen Methoden zugänglich ist. So existieren etablierte Methoden zur Transformation selbstreplizierender Plasmide sowie zur Integration von DNA-Sequenzen durch homologe Rekombination. Eine Reihe von Antibiotikaresistenzen und Auxotrophiemarkern stehen als Selektionsmarker zur Verfügung. Regulierbare Genexpression ist unter Einsatz der über die Stickstoff- bzw. Kohlenstoffquelle regulierbaren Promotoren nar1 und crg1 ebenfalls möglich. Die Sequenzierung des ca. 20 Mb umfassenden U. maydis-Genoms ist abgeschlossen und allgemein zugänglich (Kämper et al., 2006), was eine Reihe von in silico-Ansätzen
ermöglicht, beispielsweise die Identifizierung von homologen Genen, welche bereits aus anderen Organismen bekannt sind. All diese leistungsfähigen Werkzeuge zur molekularbiologischen Analyse von U. maydis, in Verbindung mit dessen Ähnlichkeit zu einer Vielzahl phyto- und humanpathogener Pilze, machen diesen Organismus zu einem idealen Kandidaten für die Untersuchung pilzlicher Infektionen.