Abstammung des Périgordtrüffel (Tuber melanonsporum)
Im Winter 2016 ging die Ökologin Laure Schneider-Maunoury in Frankreich auf Trüffeljagd. Aber sie wollte den Trüffel nicht zu einer kulinarischen Delikatesse hinzufügen. Schneider-Maunoury, ein Doktorand am Nationalen Museum für Naturgeschichte in Paris, war auf der Suche nach dem vermissten Vater des Trüffels, der Form, deren Gene zur Erzeugung des aromatischen, essbaren Fruchtkörpers beiträgt. Die Forscher wissen immer noch nicht, wo diese väterlichen Trüffel leben oder wie sich die mütterlichen und väterlichen Partner finden.Es ist ein Rätsel mit großen Auswirkungen auf Landwirte, Köche und Feinschmecker, die von dem scharfen, teuren schwarzen Trüffel (Tuber melanosporum) begeistert sind. Trüffelspähne, die Hunderte von Euro pro Kilo kosten können, zieren Gerichte von Risottos bis Pizza. Obwohl Landwirte Trüffel in ihren Trüffelplantage unter Eichen oder Haselnüssen züchten können, in denen sich der Pilz mit den Baumwurzeln verbindet, bleibt die Trüffelernte das, was manche als „protodomestiziert“ bezeichnen, da die Erzeuger ihre Vermehrung nicht kontrollieren können. Erschwerend kommt hinzu, dass die Erträge aus Trüffelböden im vergangenen Jahrhundert gesunken sind, was wahrscheinlich auf den schwindenden Lebensraum durch den Klimawandel zurückzuführen ist.
"Für die meisten Trüffelzüchter ist es ein Spiel - man weiß nie, ob man etwas herausholen wird", sagt Aurélie Deveau, eine Forscherin auf dem Gebiet der Ökogenomik, die am französischen Nationalen Institut für Agrarforschung (INRA) in Trüffel studiert Champenoux, Frankreich. Wenn Forscher den Fortpflanzungszyklus erarbeiten könnten, könnte dies effektivere landwirtschaftliche Praktiken vorschlagen.
Auf der Suche das Rätsel des Périgordtrüffels und die möglichen Folgen haben Forscher wie Schneider-Maunoury und ihren Berater, den mykologischen Ökologen Marc-André Selosse vom Pariser Museum, dazu veranlasst, nach dem Trüffelvater zu suchen. Ihre jüngsten Arbeiten folgen einem Jahrzehnt der Untersuchungen zur Fortpflanzung von Tuber melanosporum. Der Teil der Trüffel, den Menschen essen, ist das Fortpflanzungsorgan oder der Fruchtkörper. Aber es ist ein kleiner Teil des viel größeren Organismus, der eine symbiotische Assoziation mit Baumwurzeln bildet. Der Trüffel wächst als Filamente, die sich durch den umgebenden Boden schlängeln und ein Netzwerk bilden, das als Myzel bezeichnet wird. Diese Trüffelmyzel sammelt Wasser und Nährstoffe, um sie mit dem Trüffelbaum zu teilen. Im Gegenzug versorgt der Wirtbaum den Tuber mit Zucker, der durch Photosynthese hergestellt wird. Innerhalb des aromatischen Fruchtkörpers umgibt weißes Fleisch dunkle Sporen. Wenn Tiere die Trüffel essen, lagern sie die Sporen normalerweise durch Kot an anderer Stelle ab. Eine Spore kann dann keimen, um unter einem neuen Baum einen neuen Pilz zu bilden. Was Forscher immer noch nicht verstehen, ist genau, wie sich die Trüffel paaren, um einen neuen Fruchtkörper zu produzieren. Früher dachten Wissenschaftler, Trüffel könnten sich selbst befruchten - vor allem, weil sie bei der Analyse der DNA eines Fruchtkörpers immer nur ein Genom fanden.
Francesco Paolocci, ein Pflanzenmolekularbiologe in Italien, stellte diese Idee 2008 auf den Kopf. Mit Kollegen vom italienischen Nationalen Forschungsrat in Perugia isolierte Paolocci sorgfältig DNA getrennt aus dem weißem Fleisch und den schwarzen Trüffelsporen. Es war leicht, das genetische Material aus dem blassen Frucktfleisch zu extrahieren, wie es andere zuvor getan hatten. Aber die Sporen waren härter; Schließlich sollen sie den Verdauungstrakt eines Tieres überleben. Durch Aufbrechen mit winzigen Keramikperlen konnte das Team erstmals die Sporen-DNA von Tuber melanosporum (Perigordtrüffel) isolieren. Sie fanden heraus, dass die DNA der Trüffelsporen genetische Sequenzen enthielt, die im Fleisch nicht vorhanden waren. Diese Sequenzen müssen von einem anderen Elternteil stammen. Da der Hauptfruchtkörper durch das umgebende Myzel gebildet und genährt wurde, wurde dieses Trüffelmyzel als Mutter (Mat+) betrachtet. Der mysteriöse Vater (Mat-) schien den Sporen in einem Fruchtkörper DNA zu liefern, aber nichts weiter.
Ein weiterer wichtiger Hinweis kam 2010 mit der Sequenzierung des Genoms der schwarzen Trüffel. Die Forscher entdeckten, dass ein einzelner Périgordtrüffel wie einige andere Pilze einer von zwei möglichen Paarungstypen hat, MAT+ oder MAT+. Bei solchen Tuber müssen sich beide Paarungstypen und beide Geschlechter vermehren. Ein keimendes Tuber melanosporum beider Paarungstypen kann als Mutter oder Vater fungieren, aber Zwitter, die beides tun, sind selten. Das bedeutet, dass beispielsweise ein väterlicher MAT- Trüffel eine zukünftige Generation zeugen würde um den Weg zu einer mütterlichen MAT+ Trüffel zu finden. Und das ist nicht so einfach, wie es sich anhört, weil sich die Trüffel im Boden um einen Trüffelbaum herum anordnet. Paolocci stellte fest, dass in einem wilden Trüffelgebiet in Mittelitalien ein Baum oder eine Baumgruppe nahe beieinander den einen oder anderen Paarungstyp beherbergte, nicht beide. Bei jungen Pflanzen, die in Baumschulen mit Trüffelsporen beimpft wurden, waren zunächst beide Mat Paarungstypen vorhanden. Mit der Zeit gewann jedoch ein Stamm von einem Paarungstyp Vorrang und übertraf den anderen. Paolocci bestätigte dieses Verteilungsmuster in Trüffelplantagen in Zusammenarbeit mit Claude Murat, einem Mikrobiologen bei INRA. Sie besuchten Trüffelplantagen in Italien und Frankreich und kartierten die Standorte der einzelnen Paarungstypen. Die Forscher fanden Patches des einen Typs und Patches des anderen, aber nur geringe Überlappungen. "Es war eine Art paarungsabhängiger Krieg zwischen Stämmen", sagt Paolocci. Warum? Die führende Hypothese ist, dass Trüffel vegetative Inkompatibilität praktizieren. In diesem Fall neigt ein Pilz dazu, sich mit eng verwandten zu verbinden, Ressourcen zu teilen und sogar miteinander zu verschmelzen. Der Paarungstyp könnte eines der Signale sein, die Tuber melanosporum zur Identifizierung von Verwandten verwendet. Dieses System wäre gut für Myzelien, die auf einem Trüffelbaum wachsen, aber es scheint, als würde es die sexuelle Fortpflanzung beeinträchtigen. Es ist möglich, dass der Vater eine Art Befruchtungsstruktur erzeugt, die die Mutter über die Luft oder auf andere Weise erreichen kann. Andere Pilze tun dies, aber es wurde nie beim Périgordtrüffel beobachtet.
Neuere Studien haben das Geheimnis der Trüffelpaarung und des vermissten Vaters weiter verkompliziert. Elisa Taschen arbeitete als Doktorandin bei Selosse mit Trüffelbauern zusammen, um Proben aus Trüffelplantagen und wilden Trüffelgebieten von mehreren Jahren zu sammeln. Das erdige, waldige Aroma von Trüffeln durchdrang das Labor und erregte Beschwerden, als sie mehr als 1.000 Proben für DNA verarbeitete. Sogar einem Forscher, der Trüffel liebt, wurde der Geruchs irgendwann zu viel. Sie entdeckte, dass Mutter Mat+ und Vater Mat- eines Trüffelfruchtkörpers eng miteinander verwandt waren. Das spricht gegen väterliche Strukturen, die weit im Wind liegen. Doch wie könnten Mutter und Vater nahe Verwandte sein, wenn zwei Eltern unterschiedlicher Paarungstypen durch vegetative Inkompatibilität im Raum getrennt wurden? Darüber hinaus, sagt Taschen, stecken Mütter Jahr für Jahr fest, anders als bei vielen anderen Pilzen. Im Gegensatz dazu trugen die Väter in einem Jahr normalerweise nur zu einem oder wenigen Fruchtkörpern bei; dann verschwanden sie. Murats Gruppe befindet sich in der Mitte einer 10-jährigen Untersuchung der Trüffelgenetik in einem Trüffelgarten im Nordosten Frankreichs. Sie stellten auch fest, dass Väter seltener mehrere Saisons bleiben. Diese Studien legte nahe, dass der abwesende Vater sowohl klein als auch kurzlebig ist, was es für Forscher schwierig macht, ihn zu erkennen. Vielleicht spekuliert Selosse, wenn eine Trüffelspore in der Nähe eines Trüffelmyzels des entgegengesetzten Paarungstyps landet, kann sie kein eigenes Myzel aufbauen - sie wird vom ansässigen Paarungstyp übertroffen. Um seine Gene weiterzugeben, ist es am besten, als väterlicher Partner zu agieren. Dann kann es sich mit dem lokalen Myzel paaren. Es wäre ein kurzer, wenn auch ereignisreicher Lebenszyklus, sagt Selosse: "Geburt, dann ein Tropfen Sex, dann nichts." Der Boden kann auch eine Art „Bank“ nicht gekeimter Sporen enthalten, die bei Bedarf als Väter dienen können. Aber Selosse und Schneider-Maunoury haben eine andere Theorie. Vielleicht, denken sie, interagiert der Vater nicht mit den Wurzeln hoch aufragender Eichen oder Haselnüsse. Vielleicht hängt er sich stattdessen an die Wurzeln krautiger, nicht holziger Pflanzen in der Nähe. Er würde nicht mit dem lokalen mütterlichen Myzel konkurrieren müssen, aber er wäre in unmittelbarer Nähe, wenn es darum geht, sich zu paaren.
Das ist die Hypothese, die Schneider-Maunoury untersucht hat. Für eine Studie, die das Team kürzlich veröffentlichte, hatte Proben im Winter 2015 von Trüffelfruchtkörpern aus drei Trüffelgärten gesammelt. Im Juni dieses Jahres ging Schneider-Maunoury in dieselben Trüffelgärten, um die Wurzeln von Kräuterpflanzen zu sammeln, die die Trüffelbäume umgeben. Mithilfe der genetischen Daten der Fruchtkörper konnte sie herausfinden, welche genetischen Sequenzen mit den mütterlichen und väterlichen Eltern in diesem Gebiet assoziiert waren, und diese Sequenzen mit den krautigen Pflanzenproben suchen.
Sie war erfreut, eine Bestätigung der Hypothesen zu finden: Tuber melanosporum genetisches Material kam in fast 80% der krautigen Pflanzen vor, was darauf hindeutet, dass diese Pflanzen eine zuvor unentdeckte Nische für den Pilz sein könnten. Es ist nicht klar, was der Pilz dort tut, ob er der Pflanze hilft oder sie schädigt. Es war jedoch kein väterliches genetisches Material zu finden. "Wir finden wieder die Mütter", klagt Selosse. Obwohl Schneider-Maunoury enttäuscht war, keine väterlichen Partner zu finden, geben sie und Selosse noch nicht auf. Wenn der Vater vergänglich ist, hat Schneider-Maunoury vielleicht zur falschen Zeit ihre Wurzeln gesammelt, und sie hat ihn verfehlt. Er könnte gestorben sein, nachdem er die Trüffel gezeugt hatte, die Proben die sie am Anfang des Jahres gesammelt hatte. In Schneider-Maunourys aktueller Studie sammelt sie die Wurzeln bei potenziellen Vätern zuerst im Frühjahr und dann die Trüffelfruchtkörper im folgenden Winter.
Ein Bodenökologe bei INRA in Montpelier, Frankreich, ist skeptisch, dass die Väter länger als eine sehr kurze Zeit von Wurzeln leben - sowohl aufgrund der beobachteten Inzucht als auch aufgrund des (bisherigen) Fehlens väterlicher Trüffel in der Nähe krautige Pflanzen. "Da bin ich mir ziemlich sicher, sie sind als Trüffelsporen im Boden in der Nähe der Trüffelbäume vorhanden", sagt sie. Um diese Idee zu testen, säen Selosse und Mitarbeiter Trüffelgründe mit Sporen bekannter genetischer Herkunft, um zu sehen, ob sie die nächste Generation zeugen werden.
„Zu verstehen, woher die Männchen kommen oder wo sie sich verstecken, wird sicherlich dazu beitragen, den Ertrag geernteter Trüffel zu steigern“, sagt Richard Splivallo, ein chemischer Ökologe, der Trüffel an der Goethe-Universität Frankfurt in Deutschland studiert, aber nicht an der Studie beteiligt war. „Irgendwann wird es möglich sein, ihn zu finden, da molekulare Techniken zum Nachweis winziger Trüffelfilamente im Boden immer billiger und empfindlicher werden. Es ist nur eine Frage der Zeit."
Quelle: Proc Natl Acad Sci U S A. 2018
