Hormone machen Pflanzen anfällig für Parasiten

Pflanzenzellen regeln eine Vielzahl ihrer Prozesse wie etwa Wachstum oder Nahrungsaufnahme über Hormone, deren genaue Wirkung und Regulierung jedoch in vielen Bereichen noch ein Rätsel für die Wissenschaft darstellt.

Molekularbiologen an den Max F. Perutz Laboratories der Universität Wien
forschen derzeit nach Grundlagen eines solchen Botenstoffes, der den Parasitenbefall bestimmter Pflanzen reguliert, die Nährstoffaufnahme verbessert oder die Sprossverzweigungen steuert. Zum Einsatz kommt dabei eine Screeningmethode, die das Testen von tausenden verschiedenen Molekülen gleichzeitig erlaubt.

Die Kommunikation von Pflanzenzellen wird anhand der Hormonklasse der Strigolaktone untersucht. „Entdeckt wurde diese Hormonklasse erst vor kurzem bei der Pflanzenfamilie der Striga. Dabei handelt es sich um ein Unkraut, dessen Keime sich an den Wurzeln anderer Pflanzen ansetzen, dieser Nährstoffe entziehen und sie damit erheblich schwächen können. Besonders die Landwirtschaft in Afrika südlich der Sahara und in Südostasien leidet unter diesem Schädling“, erklärt Forschungsleiter Tobias Sieberer im pressetext-Interview. Da Kulturpflanzen nur dann vom Striga-Unkraut befallen und vernichtet werden, wenn sie das Hormon Strigolakton ausbilden, könnte man durch das Auffinden einer Hemm-Substanz für diesen Botenstoff den Ertrag wesentlich steigern.

Eine gezielte Beeinflussung des Hormons scheint auch für die beiden anderen bisher bekannten Funktionen des Hormons für den Ertrag vorteilhaft. Dazu gehören die Symbiosebildung der Pflanze mit Pilzen zur besseren Nährstoffaufnahme sowie die Ausbildung von Sprossverzweigungen. „Bisher wird die Suche nach Pflanzenhormon-Rezeptoren und ihren Inhibitoren über die chemische Genetik meist nur von Pharmafirmen betrieben, die in erster Linie an der reinen Wirkung interessiert sind, ohne die Proteinbasis zu entschlüsseln. Akademische Grundlagenforschung, die es für diesen Bereich noch kaum gibt, kann hier weiter gehen“, so der Molekularbiologe.

Welche Proteine das Strigolakton-Hormon steuern, wird auf zwei Weisen ermittelt. „Erstens untersuchen wir, wie 30.000 verschiedene Molekülklassen jeweils auf eine Labor-Modellpflanze wirken, die dank eines Reportergens bei Strigolakton-Beeinflussung fluoresziert“, so Sieberer.

Dieser Weg sei zwar aufwändig, erlaube jedoch auch das Auffinden mehrerer und auch nicht vermuteter Inhibitoren, die in Summe bei einer zukünftigen Anwendung eine bessere Auswahl nach der spezifischen Wirkungsweise ermöglichen. Der zweite Ermittlungsweg nutzt die gezielte Suche per Computer. „Dabei probiert eine Software, welche Moleküle allein aufgrund ihrer Struktur für die Blockierung oder Anregung der Strigolakton-Produktion in Frage kommen. Diese werden dann experimentell getestet“, erklärt der Wiener Wissenschaftler.