Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Pflanzen Infektionen bemerken

02.06.2010
Kleinste Bruchstücke von Bakterien reichen aus, um bei Pflanzen eine Abwehrreaktion gegen die Schädlinge auszulösen. Forscher von den Universitäten Würzburg und Basel beschreiben jetzt molekulare Details dieser Reaktion.

In der freien Natur ist das Leben der Pflanzen ständig in Gefahr: Ungünstige Umweltbedingungen wie anhaltende Trockenheit oder Schadstoffe in Atmosphäre, Boden und Wasser bedrohen sie. Außerdem lauern ständig angriffslustige Pilze, Bakterien und Viren.

Könnten diese Krankheitserreger so, wie sie wollen, wäre die Flora nicht mehr so satt grün und prächtig. Pflanzen sind demzufolge in der Lage, ihre kleinen Feinde in Schach zu halten. Wie schaffen sie das, wo sie doch nicht einfach weglaufen oder zum Arzneischränkchen greifen können?

Veröffentlicht in renommierten Zeitschriften

Antworten auf diese Frage geben Arbeitsgruppen von den Universitäten Basel und Würzburg. Ihre Ergebnisse haben Professor Thomas Boller aus Basel und die Würzburger Arbeitsgruppe um den Biophysiker Professor Rainer Hedrich und den Molekularbiologen Dr. Dirk Becker in den renommierten Zeitschriften The Plant Journal und Journal of Biological Chemistry veröffentlicht.

In den Zeitschriften zeigen die Forscher, wie Pflanzen mit ihrem angeborenen Immunsystem potentielle Krankheitserreger in die Schranken weisen. Erforscht haben sie dieses Phänomen mit Bakterien vom Typ Pseudomonas und mit der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand). Pseudomonas-Bakterien können bei Pflanzen Fäulnis und andere Schäden hervorrufen.

Rezeptor erkennt Bruchstücke von Bakterien

Auf das Bakterium Pseudomonas fiel die Wahl nicht von ungefähr, denn der Arbeitsgruppe von Thomas Boller war zuvor ein entscheidender Durchbruch gelungen: Die Baseler identifizierten in der Hüllmembran von Pflanzenzellen einen Rezeptor (FLS2). Er erkennt noch in verschwindend kleinen Mengen Bruchstücke der bakteriellen Fortbewegungsorgane, der so genannten Flagellen.

„Auf einer Tagung haben wir ausgemacht, unser Fachwissen in Biophysik (Würzburg) und Biochemie (Basel) zu bündeln“, berichtet Rainer Hedrich. Ziel der Forscher: Die frühen Prozesse zu klären, mit denen Pflanzen Krankheitserreger erkennen.

Elektrische Erregung durch Bakterien-Bruchstücke

Aus Basel bekamen die Würzburger eine 22 Aminosäuren lange Peptidkette (Flg22) aus dem Flagellen-Baustein Flagellin und dazu Rezeptor-Mutanten von Arabidopsis. Mit diesem Material stellten sie fest, dass das Bakterien-Peptid die Pflanzenzellen elektrisch erregt: Etwa eine Minute, nachdem sie den Pflanzen das Bakterien-Bruchstück verabreicht hatten, stellten sie einen Anstieg der Kalzium-Konzentration zusammen mit einer zehn Minuten anhaltenden Depolarisation der Membran fest. „Der Flagellin-Rezeptor aktiviert – abhängig von Kalzium – einen Anionen-Kanal in der Membran“, sagt Dirk Becker.

Pflanze schüttet antibakterielle Substanzen aus

Gleichzeitig zeigten die Baseler, dass die Erregung der Membran an den Zellkern weitergeleitet wird und das Immunsystem stimuliert: Die Pflanze aktiviert Abwehrgene, baut antimikrobielle Substanzen und Enzyme zusammen und überschüttet damit die eingedrungenen Bakterien.

Um die Verbreitung der Mikroben zu verhindern, begehen – quasi als letzte Instanz – rund um den Infektionsherd ganze Gruppen von Zellen den Opfertod. Zurück bleiben braune Flecken und mikroskopisch kleine „Narben“ als Zeugen der gelungenen Schädlingsabwehr.

Hunderte von Frühwarnsystemen gegen Eindringlinge

Was aber, wenn die Pflanze das Flagellin übersieht, das bei vielen Bakterien vorkommt? Kein ganz so großes Problem! „Die Pflanze identifiziert Eindringlinge gleichzeitig über verschiedene Rezeptoren – so nimmt sie einen typischen Fingerabdruck von den jeweiligen Erregern“, sagt Thomas Boller.

Das angeborene Immunsystem der Pflanzen besteht aus Hunderten solcher Frühwarnsysteme. Dazu gehören auch solche vom PEPR1/2 Typus, die pflanzeneigene Peptide aus dem Zellinneren erkennen. Sobald Mikroben eine Pflanzenzelle verletzen, gelangen diese Peptide an die Oberflächenrezeptoren umgebender Zellen und signalisieren Gefahr.

Anionen-Kanal leitet Gefahrensignale weiter

Aus ihren Untersuchungen schließt die deutsch-schweizerische Forschungsallianz: Die unterschiedlichen Gefahrensignale, die von diesen Rezeptoren erkannt werden, werden über den gleichen Anionen-Kanal in ein elektrisches Signal übersetzt.

Hedrich: „Gegenwärtig sind wir dabei, das Gen für diesen zentralen Ionenkanal aufzuspüren. Wir haben zwei Genfamilien gefunden, die Anionen-Kanäle codieren. Jetzt gilt es, den Hauptverdächtigen dingfest zu machen.“

"Early signaling through the Arabidopsis pattern recognition receptors FLS2 and EFR involves Ca2+-associated opening of plasma membrane anion channels”, Elena Jeworutzki, M. Rob G. Roelfsema, Uta Anschütz, Elzbieta Krol, J. Theo M. Elzenga, Georg Felix , Thomas Boller , Rainer Hedrich, and Dirk Becker, Plant Journal 2010, Volume 62 Issue 3, Pages 367 – 378 (Published Online), DOI: 10.1111/j.1365-313X.2010.04155.x

"Perception of the Arabidopsis Danger Signal Peptide 1 Involves the Pattern Recognition Receptor AtPEPR1 and Its Close Homologue AtPEPR2”, Elzbieta Krol, Tobias Mentzel, Delphine Chinchilla, Thomas Boller, Georg Felix, Birgit Kemmerling, Sandra Postel, Michael Arents, Elena Jeworutzki, Khaled A. S. Al-Rasheid, Dirk Becker, and Rainer Hedrich, J. Biol. Chem. 2010 285: 13471-13479. First Published on March 3, 2010. DOI:10.1074/jbc.M109.097394

Kontakt

Prof. Dr. Rainer Hedrich, Julius-von-Sachs-Institut für Biowissenschaften der Universität Würzburg, T (0931) 31-86100, ache@botanik.uni-wuerzburg.de

Prof. Dr. Thomas Boller, Institut für Botanik der Universität Basel, T +41 (61) 267 23 20, Thomas.Boller@unibas.ch

Robert Emmerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Designerviren stacheln Immunabwehr gegen Krebszellen an
26.05.2017 | Universität Basel

nachricht Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt
26.05.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften