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 Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Wolkenmacher“: Wie Unternehmen Vertrauen aufbauen

18.08.2017 | Unternehmensmeldung

Beschichtung lässt Muscheln abrutschen

18.08.2017 | Materialwissenschaften

Fettleber produziert Eiweiße, die andere Organe schädigen können

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie