Von der Medizin lernen – Neue chemische Werkzeuge für die Pflanzenforschung

In der neuesten Ausgabe der Zeitschrift „Nature Chemical Biology“ stellen die Wissenschaftler ein kleines Molekül vor, das die Wirkung des Pflanzenhormons Jasmonsäure unterbindet. Dabei setzen sie auf ein in der Medizin etabliertes Verfahren.

Bislang galt: Wer Neues über Prozesse in Pflanzen erfahren will, kann einzelne Gene abschalten und die Veränderungen studieren. Aber diese Strategie hat ihre Grenzen. Das zeigt der Blick auf die Jasmonsäure. Dieses Hormon beeinflusst die Blütenbildung, das Wurzelwachstum, den Fraß- und Infektionsschutz, die Wundheilung, die Alterung der Pflanzen und vieles mehr.

Bisher ist nur ein einziger Signalweg für dieses Hormon entdeckt worden, der aber nicht die breite Wirkung der Jasmonsäure erklären kann. Es muss also noch andere, bisher unentdeckte Signalwege und Wirkmechanismen geben.

Um mehr darüber zu erfahren, sind alternative Forschungsansätze notwendig. Kaiser und Kombrink setzten daher auf ein Verfahren, das sich in der Medizin – beispielsweise bei Chemotherapien – bewährt hat: Sie suchten nach niedermolekularen Verbindungen, die spezifisch ausgewählte Signalwege blockieren. In der Pflanzenbiologie ist das noch relativ neu.

Um die Verbindungen zu finden, führten sie ein Testverfahren mit intakten Pflanzen durch und prüften eine Reihe chemischer Substanzen auf ihre Wirkung. Von 1.728 Verbindungen identifizierten die Forscher zunächst 16 Substanzen, die den Signalweg der Jasmonsäure versperren. Nach weiteren Untersuchungen entpuppte sich allerdings nur eine einzige Substanz (Jarin-1) als spezifischer Inhibitor.

Wo genau greift dieser Hemmstoff an? Die Wissenschaftler suchten auch danach. Bekanntlich beginnt der Signalweg damit, dass das Enzym JAR1 die Jasmonsäure mit der Aminosäure Isoleucin verknüpft. Das entstehende Produkt führt über Umwege dazu, dass die Gene abgelesen werden, die für die jeweilige Wirkung der Jasmonsäure nötig sind. Kaiser und Kombrink konnten zeigen, dass, wenn das Molekül Jarin-1 das Enzym JAR1 attackiert, der Signalweg unterbrochen wird.

Jarin-1 scheint auf eine Vielzahl pflanzenbiologischer Fragen anwendbar zu sein, vermuten die Forscher. Denn es funktioniert auch in Candamine hirsuta, dem behaarten Schaumkraut.

Was ist das Besondere dieses Ansatzes? Kleine Moleküle sind interessante neue Werkzeuge für die Pflanzenforschung. Die Wissenschaftler haben beispielhaft gezeigt, wie man diese systematisch charakterisieren sowie deren Wirkung, ihr Angriffsziel und mögliche Anwendungen ermitteln kann.

Christian Meesters et al.: A chemical inhibitor of jasmonate signaling targets JAR1 in Arabidopsis thaliana, in: Nature Chemical Biology, 17. August 2014;
http://www.nature.com/nchembio/journal/vaop/ncurrent/full/nchembio.1591.html
http://dx.doi.org/10.1038/nchembio.1591

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Markus Kaiser, Universität Duisburg-Essen, Tel. 0201/183-4980, markus.kaiser@uni-due.de
Dr. Erich Kombrink, Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung, Tel. 0221/5062-320, kombrink@mpipz.mpg.de

http://dx.doi.org/10.1038/nchembio.1591
http://www.nature.com/nchembio/journal/vaop/ncurrent/full/nchembio.1591.html