Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laufbursche des Immunsystems

12.12.2013
Signalweg verbindet die lokale Immunabwehr mit einer pflanzenweiten Resistenz

Wenn Pflanzen einen Krankheitserreger entdecken, bereiten sie sich auch auf einen systemischen Angriff vor. Sie wollen sich auf jeder Ebene wehren können.


Nach dem Angriff eines Krankheitserregers schicken die infizierten Zellen einen molekularen Laufburschen auf den Weg, der die Pflanze darauf vorbereitet, dass sie sich vielleicht bald überall wehren muss.

© MPI f. Pflanzenzüchtungsforschung/ Annegret Roß

Annegret Roß und Yusuke Saijo vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln und ihre Kollegen haben entdeckt, dass diese pflanzenweite Resistenz unter anderem durch einen Signalweg ausgelöst wird, der auf kurze Eiweißfragmente reagiert. Diese entstehen vermutlich dann, wenn die Pflanzenzelle beim Eintritt des Krankheitserregers verletzt wird. Der Signalweg schleust einen molekularen Vermittler ins Gefäßsystem der Pflanzen ein, der alle Bereiche in Alarmbereitschaft versetzt.

Pflanzen erkennen einen Angreifer zuerst an seiner Fremdheit. Sie besitzen auf den Außenseiten ihrer Zellen Rezeptoren, die wie Häscher nach unbekannten Molekülen fahnden. Wird etwas erkannt, was auf einen potenziellen Angreifer schließen lässt, lösen die Zellen sofort lokale Abwehrreaktionen aus und bereiten sich mit einer systemischen Resistenz auf einen pflanzenweiten Angriff vor. Man kennt die Krisenmanager und Komponenten dieser Mobilisierung. Man weiß auch, dass Pflanzenhormone wie das Ethylen und die Salizyl- und Jasmonsäure an der Organisation der systemischen Resistenz beteiligt sind, aber viele molekulare Details sind noch unbekannt. Annegret Roß aus der Abteilung von Paul Schulze-Lefert und ihre Kollegen haben jetzt einen weiteren Mitspieler bei der Organisation der systemischen Resistenz identifiziert.

Dieser Mitspieler sitzt auf der Außenseite der Zelle und hat eine ähnliche Struktur wie die Rezeptoren, die nach fremden Molekülen fahnden. Allerdings erkennt er keine Krankheitserreger, sondern kleine pflanzeneigene Eiweißfragmente, die wahrscheinlich bei der Verwundung aus einer größeren Vorstufe herausgeschlagen werden. Wie diese Fragmente dann zwischen Zellmembran und Zellwand gelangen, wissen Roß und ihre Kollegen derzeit noch nicht. Vermutlich driften sie über ein Leck in der Zellmembran nach draußen. Dort binden sie an den sogenannten Pep-Rezeptor. Die Wissenschaftler wollten zunächst wissen, was im Zellkern passiert, wenn der Pep-Rezeptor ein entsprechendes Fragment erkannt hat. Für die Organisation einer systemischen Resistenz muss die infizierte Zelle nämlich ihr genetisches Programm umstellen. Sie kann auch auf Gen-Ebene nicht einfach so weitermachen wie bisher, sondern muss das Programm umsetzen, das für die systemische Resistenz notwendig ist.

Die Wissenschaftler um Roß und Saijo konnten zeigen, dass nach der Bindung eines Eiweißfragmentes an den Pep-Rezeptor Hunderte von Genen anders abgelesen werden. Viele dieser Gene mit verändertem Ablese-Verhalten haben auch mit dem Zuständigkeitsbereich der Pflanzenhormone zu tun. Das zeigt, dass diese Signalwege bei der Organisation der systemischen Resistenz eng zusammenarbeiten. Allerdings funktioniert der Signalweg des Pep-Rezeptors auch dann, wenn die Signalwege von Ethylen, Salicyl- und Jasmonsäure durch gezielte Manipulationen ausgeschaltet werden. Der Signalweg des Pep-Rezeptors kann also sehr variabel arbeiten.

Um seine Rolle besser zu verstehen, haben Roß und ihre Kollegen Arabidopsis-Pflanzen ohne Pep-Rezeptor erzeugt. „Wir haben zuerst die bodennahen Blätter infiziert. Gegen diese Infektion konnte sich die pflanzliche Zelle ohne Probleme wehren. Die Immunabwehr vor Ort war also nicht beeinträchtigt“, erklärt Roß ihre Ergebnisse. „Wenn wir dann aber auch die höher gelegenen Blätter infiziert haben, konnte die Pflanze keine systemischen Abwehrreaktionen organisieren. Sie hatte also ohne den Pep-Rezeptor keine systemische Resistenz entwickelt. Sie war ohne Pep-Rezeptor bei der Folgeattacke so anfällig wie bei der Erstinfektion.“ Roß und ihre Kollegen schließen daraus, dass der Pep-Rezeptor am Aufbau der systemischen Resistenz beteiligt und in dieser Rolle auch unentbehrlich ist.

Was machen der Pep-Rezeptor und sein Signalweg nun ganz genau? Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass der Signalweg nur in der infizierten Zelle anspringt, nicht in den entfernt gelegenen Blättern. Das spricht dafür, dass er die anderen Ebenen über einen molekularen Boten informiert. Dieser Bote wird vermutlich in das Gefäßsystem der Pflanze entlassen, also in die Röhren, in denen die Pflanzen Wasser und Fotosynthese-Produkte transportieren. Wie dieser Bote aussieht und welche molekularen Eigenschaften er hat, können Roß und ihre Kollegen derzeit noch nicht sagen. Der Bote lässt sich anscheinend auch dadurch mobilisieren, dass die Blätter nur mit den pflanzeneigenen Eiweißfragmenten behandelt werden. Ein Krankheitserreger ist dann gar nicht mehr notwendig. Die Fragmente genügen also schon, um eine systemische Resistenz auszulösen.

Ansprechpartner

Dr. Annegret Roß
Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung, Köln
Telefon: +49 221 5062-343
E-Mail: ross@mpipz.mpg.de
Originalpublikation
Annegret Ross et al.
The Arabidopsis PEPR pathway couples local and systemic plant immunity
EMBO Journal: Doi:10.1002/embj.20128430)

Dr. Annegret Roß | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/7654099/pep-rezeptor

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Nervenkrankheit ALS: Mehr als nur ein Motor-Problem im Gehirn?
16.01.2017 | Leibniz-Institut für Neurobiologie

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: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht

16.01.2017 | Energie und Elektrotechnik

Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis

16.01.2017 | Physik Astronomie