Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzenzellen halten sich mit chemischen Cocktails gesund

30.10.2003


Kölner Max-Planck-Forscher entdecken chemisches Waffenarsenal im Immunsystem von Pflanzen


Abb. 1: Gegenüberstellung einer lichtmikroskopischen und einer fluoreszenzmikroskopischen Aufnahme des gescheiterten Versuchs eines Pilzes, in eine Pflanzenzelle einzudringen. Deutlich wird der zielgerichtete Transport von Zellwand- und toxischem Material zum Invasionsort.
Bild: Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung


Abb. 2: Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme eines Pilz-Haustoriums bei einem erfolgreichen Versuch, in eine Pflanzenzelle einzudringen. Das Haustorium dient der Ernährung des Pilzes und ist von Kallose, einem Kohlenhydrat, umgeben. Darüber hinaus ist auf der Blattoberfläche wachsendes Pilzgeflecht zu erkennen.
Bild: Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung



Tiere und Pflanzen verfügen über ein hochentwickeltes Immunsystem, das es ihnen ermöglicht, die meisten Angriffe krankheitserregender Mikroorganismen wie Viren, Bakterien und Pilze erfolgreich abzuwehren. Von Pflanzen wusste man bisher, dass ihre Zellen die von Krankheitserregern während eines Angriffs freigesetzten Fremdmoleküle durch Rezeptoren an ihrer Oberfläche und im Zellinneren erkennen können. Dieser Mechanismus des Immunsystems hat aber nur für einen Bruchteil der potentiellen Erreger maßgebliche Bedeutung. Oft ist er mit der Aktivierung des programmierten Zelltods in den angegriffenen Zellen verbunden, so dass dem Angreifer mit dem Absterben der infizierten Zellen der Nährboden entzogen wird. Eine Forschergruppe um Paul Schulze-Lefert am Kölner Max-Planck-Institut hat nun in Arabidopsis-Pflanzen eine weitere, bislang verborgene "vorgeschobene Verteidigungslinie" entdeckt, welche für die Abwehr der meisten Pflanzenschädlinge verantwortlich ist. Wie die Wissenschaftler in der neuesten Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Nature" (Nature, 30. Oktober 2003) berichten, ist diese Verteidigungslinie der hochspezifischen Abwehr vorgeschaltet und beruht auf einer Gruppe so genannter SNARE-Proteine. Diese Proteine steuern wie ein Leitsystem den Transport und die gezielte Ausschüttung von "chemischen Kampfstoffen", die pilzliche Keime bereits beim Eindringen in die Pflanzenzelle abtöten.



Die Kölner Forscher hatten Experimente mit der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana durchgeführt und die Pflanze mit einem Mehltaupilz infiziert, der normalerweise nur Gräser befällt und zu schweren Schäden bei Gerste führt. Die Ackerschmalwand wird von dieser Mehltauart in der Regel nicht befallen. Den Wissenschaftlern gelang es jedoch, seltene Mutanten der Ackerschmalwand zu finden, die auch durch den Gerstemehltau infiziert werden können. In der Zellmembran dieser Pflanzen haben die Wissenschaftler jetzt bisher unbekannte SNARE-Proteine nachgewiesen. Diese fungieren dort als "Andockstelle" (target-SNARE, von engl. target =Ziel) für giftbeladene Vesikel, in deren Membranhülle ein passendes Gegenstück sitzt (vesicle-SNARE). Bei den Mutanten liegt offenbar ein Defekt in dem Gen für diese target-SNARE-Proteine vor. Infolgedessen sind die Vesikel nicht mehr in der Lage, mit der Zellmembran zu verschmelzen und ihre giftige Fracht gezielt freizusetzen. Folge ist, dass der eindringende Pilz seinen Angriff durch die Zellwand ungehindert fortsetzen kann.

Das Prinzip des von SNARE-Proteinen gesteuerten Vesikeltransports kennt man bereits aus Signalprozessen von Mensch und Tieren, bei denen Vesikel mit unterschiedlichen Membranen verschmelzen. Nach diesem Prinzip werden auch die Botenstoffe (Neurotransmitter) an den Nervenendigungen zielgenau an ihrem Bestimmungsort ausgeschüttet.

Interessanterweise konnten die Kölner Wissenschaftler diese SNARE-Proteine sowohl in Gerste als auch in der Ackerschmalwand nachweisen. Damit wurde deutlich, dass es sich bei diesem Verteidigungsmechanismus um ein evolutionär sehr altes System handeln muss, denn beide Spezies haben sich bereits vor etwa 200 Millionen Jahren getrennt. Die Wissenschaftler vermuten, dass das Immunsystem von Pflanzen erst durch das Zusammenspiel zwischen dieser neu entdeckten, breit wirksamen "ersten Verteidigungslinie" und dem nachgeschalteten hochspezifischen Rezeptorsystem jene Effizienz erreicht, um Infektionsversuche der meisten Schadpilze scheitern zu lassen.

Der Angriff von Pilzen, die oft mit Hilfe von Zellwand-abbauenden Enzymen versuchen, in eine Pflanzenzelle einzudringen, wird von der angegriffenen Zelle rasch registriert: Daraufhin bilden sich innerhalb kürzester Zeit in ihrem Inneren spezialisierte Transportbehälter, die mit einem chemischen Giftcocktail beladen werden. Zielgenau wird die verpackte Giftfracht mit Hilfe der SNARE-Proteine an die Zellwand, zur Eintrittstelle des Pilzes, gesteuert und dort nach außen entladen. Die Pflanzenzelle übersteht den Angriff unbeschadet, während der Angreifer die Flut der chemischen Kampfstoffe in der Regel nicht überlebt.

Bei einem Vergleich stellten die Forscher fest, dass die Aminosäuresequenzen der target-SNARE-Proteine von Gerste und Ackerschmalwand sehr ähnlich sind. Hingegen ist die über die Vesikel vermittelten Abwehr der Gerste gegen den Gerstemehltaupilz stark vermindert. Vermutlich hat also der Mehltau bei der Gerste Wege gefunden, entweder den Vesikeltransport zu unterdrücken oder die Giftfracht zu entschärfen.

Die Molekulargenetiker vom Kölner Max-Planck-Institut wollen als nächstes der Frage nachgehen, welche Komponenten des Zellskeletts als Gleitschienen für den gerichteten Vesikeltransport dienen. Außerdem gehen sie davon aus, dass Pflanzenzellen in ihrer Plasmamembran über mechanische Stress-Sensoren verfügen, die bei einem Angriff die Synthese und den Transport der Verteidigungsvesikel auslösen. Schließlich bleibt die genaue chemische Zusammensetzung des Giftcocktails zu klären. Interessanterweise scheint dessen Zusammensetzung von Pflanzenart zu Pflanzenart unterschiedlich zu sein. So könnte auf der Grundlage desselben Grundmusters, also eines gerichteten Vesikeltransports, eine enorme Vielfalt an chemischen Waffen erzeugt werden. Pflanzen dürften daher in ihrem Kampf gegen Krankheitserreger eine Fülle chemischer Kampfstoffe hervorgebracht haben.

Originalveröffentlichung:

Nicholas C. Collins, Hans Thordal-Christensen, Volker Lipka, Stephan Bau, Erich Kombrink, Jin-Long Qiu, Ralph Hückelhoven, Mónica Stein, Andreas Freialdenhoven, Shauna C. Somerville, and Paul Schulze-Lefert
SNARE protein mediated disease resistance at the plant cell wall
Nature, 30 October 2003

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Prof. Dr. Paul Schulze-Lefert
Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung, Köln
Tel.: 0221 5062-351
Fax: 0221 5062-353
E-Mail: schlef@mpiz-koeln.mpg.de


Dr. Volker Lipka
Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung, Köln
Tel.: 0221 5062-308
Fax: 0221 5062-353
E-Mail: lipka@mpiz-koeln.mpg.de

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/pressemitteilungen/2003/pressemitteilung20031030/

Weitere Berichte zu: Ackerschmalwand Gerste Immunsystem SNARE-Proteine Vesikel Vesikeltransport

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie