Maisbeulenbrand

Das auffälligste Merkmal ist die Galle, die an der Stelle eines Maiskorns entsteht. Der Pilz befällt die Fruchtknoten der Pflanze und lässt die Körner zu tumorartigen Gallen anschwellen. Diese Gallen erreichen einen Durchmesser von etwa 10 bis 13 cm.

Im Inneren der Galle wachsen die Zellen der Pflanze stark auf und ihr Gewebe, ihre Struktur und ihre Entwicklung erinnern an einen Pilzfruchtkörper. Dazwischen liegen Pilzfäden und blauschwarze Sporen. Diese dunklen Sporen lassen den Kolben verbrannt und verkohlt aussehen.

Im Labor verhält sich Ustilago maydis auf einfachen Nährmedien wie Bäckerhefe und bildet einzelne Zellen, die als Sporidien bezeichnet werden. Sie vermehren sich durch Knospung. Treffen auf der Pflanzenoberfläche zwei kompatible Sporidien aufeinander, wechseln sie ihre Wachstumsweise: Sie bilden Pheromone und Pheromonrezeptoren, sind also von ihrem Paarungstyp a oder b abhängig. Danach wachsen Kopulationsschläuche aufeinander zu, verschmelzen und bilden eine Hyphe, die in die Maispflanze eindringt. Die Hyphen in der Pflanze tragen zwei Kerne pro Zellabschnitt. Diese dikaryotische Phase tritt nur während einer erfolgreichen Infektion auf und lässt sich im Labor nicht erhalten.

Ustilago maydis lebt dort, wo Mais und Teosinte angebaut oder wild wachsen. Ob ein Befall auftritt, hängt von Wetter, Düngung und Erntepraxis ab.

Heiße und trockene Witterung zur Blütezeit, gefolgt von einer starken Regenzeit, scheint die Infektion zu begünstigen. Auch überschüssiger Stallmist und damit viel Stickstoff im Boden erhöhen die Anfälligkeit. Hohe Winde und starke Regenfälle verbreiten die Sporen leichter und fördern so die Ausbreitung.

Der Mensch beeinflusst den Befall ebenfalls. Bleiben Maisreste nach der Ernte auf dem Feld liegen, können die Sporen darin überwintern und die nächste Generation infizieren. Auch Verletzungen der Pflanze durch Scheren oder andere Werkzeuge bieten dem Pilz einen leichten Zugang.

In den Beobachtungsdaten fallen die meisten Nachweise auf die Monate August und September.

Der Pilz wächst im Inneren der Maispflanze. Dort ruft er Chlorose, Anthocyan-Bildung und verringertes Wachstum hervor, und in den Tumoren entstehen die Teliosporen. Diese Sporen überdauern den Winter im Boden und sichern so den Erreger für die nächste Saison.

Pflanzen wehren Krankheitserreger unter anderem durch einen schnellen Ausbruch reaktiver Sauerstoffverbindungen an der Angriffsstelle ab. Ustilago maydis kann darauf mit einer Reaktion auf oxidativen Stress antworten, die vom Gen YAP1 gesteuert wird. Diese Abwehr schützt den Pilz vor dem Wirt und ist für seine Virulenz nötig.

Der Pilz besitzt außerdem ein gut untersuchtes System zur Reparatur der DNA durch Rekombination. Dazu gehört ein Homolog von Rad51, dessen Sequenz und Größe denen der Säugetiere sehr ähnlich sind, sowie das Protein Rec2, das entfernter verwandt und eine vereinfachte Form des Proteins BRCA2 ist. Werden diese Proteine ausgeschaltet, reagiert der Pilz empfindlicher auf DNA-schädigende Stoffe, die Mitoserekombination nimmt ab und die Mutationsrate steigt. Die Reparatur könnte dem Pilz helfen, die DNA-Schäden der oxidativen Abwehr des Wirts zu überstehen.

Auch wenn der Befall die Ernte mindert, essen Menschen in Mexiko die unreifen Gallen. Der Pilz heißt dort Huitlacoche und erzielt auf dem Markt einen deutlich höheren Preis als unbefallener Mais. Die Sitte, ihn zu essen, geht nach dem Quellenbestand direkt auf die aztekische Küche zurück. Die Bauern in Mexiko verbreiten die Sporen teils absichtlich, damit der Pilz auf ihren Feldern mehr wird. In manchen Regionen nennen sie ihn „hongo de maíz“, also Maispilz.

In Nordamerika und Europa hat sich Huitlacoche kaum durchgesetzt, weil die meisten Landwirte ihn als Schädling betrachten. Dennoch wurde er in den USA Mitte der 1990er-Jahre in Pennsylvania und Florida gezielt auf Mais ausgebracht, nachdem die Nachfrage aus Spitzenrestaurants gestiegen war. Auch nordamerikanische Ureinwohner aßen Maisbeulenbrand; die Hidatsa im Norden von North Dakota bereiteten ihn zu.

In der Forschung dient Ustilago maydis als Modellorganismus. Seine hefeartige Wachstumsform macht ihn gut handhabbar, und er lässt sich leicht genetisch verändern. Das gesamte Genom ist bekannt, was die Untersuchung der Wechselwirkung mit der Wirtspflanze erleichtert.

1. Im Jahr 1989 wollte ein Gala-Dinner der James Beard Foundation die Amerikaner für den Pilz gewinnen, indem man ihn in „Mexikanische Trüffel“ umbenannte.
2. Die sporenbildende Phase des Pilzes entsteht nur bei einer erfolgreichen Infektion und lässt sich im Labor nicht erhalten.
3. Im Labor wächst der Pilz wie Bäckerhefe, ein Teil seines Lebenszyklus findet also in einer Einzelzellform statt.