Zurich, Switzerland
January 12, 2026
Cereals have natural resistance genes that can protect them from disease-causing fungi. However, certain fungi, such as powdery mildew, are known to be able to overcome such resistance. A team at the University of Zurich has now discovered a new mechanism that enables powdery mildew to evade the immune system of wheat. These findings open the door to targeted development of resistant varieties with a reduced risk of resistance breakthrough.
Der Anbau von Weizen ist durch Pflanzenkrankheiten wie etwa dem Weizenmehltau-Pilz gefährdet. (Bild: istock.com/Tomasz-Klejdysz)
Cereals are among the most important staple foods. Wheat alone provides around 20 percent of the global supply of protein and calories. However, its production is threatened by plant diseases, such as the wheat powdery mildew fungus. One sustainable alternative to using fungicides is to grow wheat varieties that are genetically resistant to this pathogen. However, in many cases this is not effective in the long term because powdery mildew evolves quickly and is able to overcome any resistance.
Exploiting natural resistance
A team from the Department of Plant and Microbial Biology at the University of Zurich has now conducted more in-depth studies to establish how the powdery mildew fungus is able to infect wheat despite the presence of resistance genes. The researchers discovered a previously unknown interplay between resistance factors in wheat and disease factors in powdery mildew. “This deeper understanding allows us to deploy resistance genes in a more targeted way and prevents or slows down the breakdown of resistance”, says postdoctoral researcher Zoe Bernasconi, one of the lead authors of the study, which has just been published in Nature Plants.
Wheat is tricked by the fungus in two ways
The powdery mildew fungus produces hundreds of tiny proteins, known as effectors. These effectors are introduced into the cells of the host plant and help establish an infection. Resistance proteins produced by wheat can recognize some of these effectors, thereby triggering an immune response that stops the infection. However, the fungus frequently gets around this by modifying recognized effectors or even losing them entirely.
The research team has now identified a novel powdery mildew effector (called AvrPm4) that is recognized by the known wheat resistance protein Pm4. Yet surprisingly, the fungus is able to overcome the Pm4-mediated resistance − and is able to do so without modifying or losing the AvrPm4 effector. Its clever trick is that it has a second effector that prevents the recognition of AvrPm4. “We suspect that the function of AvrPm4 is essential for the fungus to survive, and that’s why this unusual mechanism arose over the course of evolution,” says Bernasconi.
Intriguingly, the second effector has a dual role: It prevents the recognition of the first effector, AvrPm4, but additionally is recognized by yet another resistance protein of wheat. “This means that, by combining the two resistance proteins in the same variety of wheat, it might be possible to lure the fungus down an evolutionary dead end in which it can no longer escape the immune response”, says postdoctoral researcher Lukas Kunz, another lead author of the study.
New approaches to produce more resistant wheat varieties
“Now that we know the fungal factors involved in the interaction and understand their mode of action, we can take more effective measures to prevent powdery mildew from breaking through wheat’s resistance”, says Beat Keller, the professor who led the research group until he retired last year. By monitoring the powdery mildew pathogen, it is now conceivable to use resistant wheat varieties in a targeted manner in places where they will have the greatest impact.
A clever combination of resistance genes in new varieties of wheat would also be an option. “Theoretically, measures like these could significantly slow down the development of new pathogenic fungal strains,” says Keller. The team has already conducted the first promising experiments in the laboratory. To do so, they combined resistance genes that target both the AvrPm4 effector and the second effector. Whether this approach will be effective in the field remains to be tested.
Original publication:
Literature
Z. Bernasconi, A. G. Herger, M. D. P. Caro, L. Kunz et al.: Virulence on Pm4 kinase-based resistance is determined by two divergent wheat powdery mildew effectors. Nature Plants. 12.1.2026. DOI: 10.1038/s41477-025-02180-w
Wie sich Weizen erfolgreich gegen Pilze wehrt
Getreide verfügt über natürliche Resistenzen gegen krankheitserregende Pilze, die aber zum Beispiel der Mehltau überwinden kann. Ein Team der Universität Zürich hat nun einen neuen Mechanismus entdeckt, mit dem Mehltau das Immunsystem von Weizen austrickst. Dies öffnet die Tür für die gezielte Entwicklung von Sorten mit weniger Resistenzdurchbrüchen.
Getreide gehört zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln. Weizen allein liefert etwa zwanzig Prozent der globalen Protein- und Kalorienversorgung. Allerdings ist die Produktion durch Pflanzenkrankheiten wie etwa dem Weizenmehltau-Pilz gefährdet. Eine nachhaltige Alternative zur Verwendung von Fungiziden ist der Anbau von Weizensorten, die genetisch resistent gegen diesen Krankheitserreger sind. Allerdings ist dies in vielen Fällen langfristig nicht wirksam, da sich Mehltau schnell weiterentwickelt und Resistenzen überwinden kann.
Natürliche Resistenzen nutzen
Ein Team des Instituts für Pflanzen- und Mikrobiologie der Universität Zürich hat nun genauer untersucht, wie es der Pilz schafft, den Weizen trotz Anwesenheit von Resistenzgenen zu infizieren. Dabei haben die Forschenden ein bisher unbekanntes Wechselspiel zwischen Resistenzfaktoren des Weizens und Krankheitsfaktoren des Mehltaus entdeckt. «Dieses vertiefte Verständnis erlaubt es, Resistenzgene gezielter einzusetzen und das Zusammenbrechen der Resistenz zu verhindern oder zu verlangsamen», sagt die Postdoktorandin Zoe Bernasconi, eine der Erstautorinnen der soeben im Fachmagazin «Nature Plants» publizierten Studie.
Der Mehltaupilz produziert hunderte von kleinen Proteinen, sogenannte Effektoren, welche er in die Zellen der Wirtspflanze einschleust. Dort helfen sie dabei, eine Infektion zu etablieren. Vom Weizen produzierte Resistenzproteine können einzelne dieser Effektoren direkt erkennen. Dies löst eine Immunantwort aus, welche die Infektion stoppt. Der Pilz umgeht dies jedoch häufig, indem er erkannte Effektoren verändert oder sogar ganz verliert.
Weizen wird von Pilz doppelt ausgetrickst
Das Forschungsteam hat nun einen neuen Mehltau-Effektor (genannt AvrPm4) identifiziert, der von dem bereits bekannten Weizen-Resistenzprotein Pm4 erkannt wird. Doch überraschenderweise kann der Pilz die Pm4-vermittelte Resistenz überwinden − und zwar ohne den Effektor zu verändern oder zu verlieren. Der Trick dabei: Er verfügt über einen zweiten Effektor, der die Erkennung von AvrPm4 verhindert. «Wir vermuten, dass die Funktion von AvrPm4 für den Pilz überlebenswichtig ist und deshalb im Laufe der Evolution dieser ungewöhnliche Mechanismus entstanden ist», so Bernasconi.
Besonders spannend ist, dass der zweite Effektor eine doppelte Funktion hat. Er verhindert nicht nur die Erkennung des ersten Effektors AvrPm4, sondern wird zusätzlich auch selbst von einem weiteren Resistenzprotein erkannt. «Durch Kombination der beiden Resistenzproteine in derselben Weizensorte könnte es somit gelingen, den Pilz in eine evolutionäre Sackgasse zu locken, in der er der Immunantwort von Weizen nicht mehr entfliehen kann», sagt der Postdoktorand Lukas Kunz, ein weiterer Erstautor der Studie.
Neue Ansätze für resistentere Weizensorten
«Weil wir diese Mechanismen und die involvierten Krankheitsfaktoren des Pilzes nun kennen, können wir effektiver verhindern, dass Mehltau die Resistenz von Weizen durchbricht», sagt Beat Keller. Der Professor leitete die Forschungsgruppe bis zu seiner Emeritierung im letzten Jahr. Durch Monitoringmassnahmen des Mehltauerregers wäre es nun zum Beispiel denkbar, resistente Weizensorten gezielt da einzusetzen, wo sie maximale Wirkung entfalten.
Denkbar wäre auch die geschickte Kombination von Resistenzgenen in neuen Weizensorten. «Theoretisch könnten solche Massnahmen die Entwicklung neuer krankheitserregender Pilzstämme deutlich verlangsamen», so Keller. Das Team hat schon erste erfolgversprechende Versuche im Labor dazu durchgeführt. Hierfür kombinierten sie Resistenzgene, die sowohl den Effektor AvrPm4 als auch den zweiten Effektor ausschalteten. Ob sich dieser Ansatz im Feld bewährt, muss sich jedoch erst noch zeigen.
Originalpublikation:
Literatur
Z. Bernasconi, A. G. Herger, M. D. P. Caro, L. Kunz et al.: Virulence on Pm4 kinase-based resistance is determined by two divergent wheat powdery mildew effectors. Nature Plants. 12.1.2026.
DOI: 10.1038/s41477-025-02180-w
Topics
Species
