Pflanzen stehen beim Sex auf Abwehrproteine

Pflanzen und Tiere haben seit ihrer Entstehung vielfältige Formen von Abwehrmechanismen entwickelt, um sich gegen Krankheitserreger zu wehren. Proteine haben in diesem ständigen Wettkampf zwischen Bakterien und Pilzen auf der einen und Pflanzen und Tieren auf der anderen Seite eine bedeutende Rolle gespielt. So entwickelte sich beispielsweise eine ganze Reihe von Abwehrproteinen (sogenannte Defensine und Defensin-ähnliche Proteine) zu einem essentiellen Bestandteil des pflanzlichen Immunsystems.

Dass solche Proteine für Pflanzen auch eine wichtige Rolle beim Sex bzw. bei der Befruchtung spielen, haben nun Regensburger Wissenschaftler herausgefunden. Das Forscherteam um Prof. Dr. Thomas Dresselhaus vom Regensburger Zentrum für Biochemie und Biophysik konnte dies über Untersuchungen an der Nutzpflanze Mais nachweisen. Eine besondere Form von Abwehrproteinen, sogenannte ZmES1-4 Defensine, werden demnach vom Eiapparat der Pflanze ausgeschüttet und öffnen Kalium-Ionen-Kanäle beim männlichen Geschlechtspartner, wodurch die männlichen Spermazellen explosionsartig freigesetzt werden. Erst hierdurch kann es anschließend zu einer Befruchtung kommen. Die Ergebnisse der Regensburger Forscher versprechen neuartige Anwendungsmöglichkeiten, um die Barrieren zwischen derzeit noch nicht kreuzbaren Nutzpflanzen zu überwinden.

Die Beobachtungen der Regensburger Wissenschaftler wurden vor kurzem in der renommierten Fachzeitschrift PLoS Biology veröffentlicht (doi:10.1371/journal.pbio.1000388). Bereits im vergangenen Jahr haben die Biologen der Universität Regensburg gemeinsam mit Kollegen der Nagoya Universität in Japan in der Fachzeitschrift „Nature“ (10. März 2009) Defensin-ähnliche Proteine beschrieben, die bei Blütenpflanzen den männlichen Geschlechtszellen den Weg zum Eiapparat aufzeigen.

Defensine in der Pflanzenwelt und im Tierreich:
Mit Ausnahme der hoch entwickelten Säugetiere benötigen Pflanzen und Tiere Defensine zur Abwehr von verschiedenen Krankheitserregern. Bei Tieren werden Defensine aber auch für die Abwehr von höheren Organismen oder für den Beutefang benutzt. Einige bekannte tierische Defensin-ähnliche Proteine sind als Toxine in den Giften von Schlangen, Skorpionen, Meeresschnecken und sogar der Honigbiene bekannt.

Eine völlig neue Beobachtung ist die Rolle der Proteine beim Sex. In den 1990er Jahren wurden erstmals Defensin-ähnliche Proteine in den männlichen Geschlechtsorganen der Ratte beschrieben. Die Funktion ist allerdings bis heute nicht bekannt. Pflanzen erzeugen ebenfalls sehr viele Varianten von Defensinen in den jeweiligen männlichen und weiblichen Geschlechtsorganen. Bis vor kurzem ging man lediglich davon aus, dass diese Proteine die Geschlechtszellen und den sich nach der Befruchtung entwickelnden Samen vor Krankheitserregern schützen.

Die Regensburger Forschungsergebnisse deuten an, dass bereits die ersten Landpflanzen (vor etwa 470 Millionen Jahren) und gerade auch die Blütenpflanzen, die vor etwa 170 Millionen Jahren entstanden sind, Mechanismen der Krankheitsabwehr benutzt und angepasst haben, um unterschiedliche Interaktionsmöglichkeiten zwischen männlichen und weiblichen Geschlechtspartnern zu entwickeln und dabei Spermazellen zur Befruchtung zu entlassen. Diese Erkenntnisse werfen ein gänzlich neues Licht auf die Evolution der Vorgänge auf molekularer Ebene, die bei Blütenpflanzen zur Befruchtung notwendig sind.

Ansprechpartner für Medienvertreter:
Prof. Dr. Thomas Dresselhaus
Universität Regensburg
Regensburger Zentrum für Biochemie und Biophysik
Tel.: 0941 943-3016
Thomas.Dresselhaus@biologie.uni-regensburg.de