Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie aus Pflanzen Zombies werden

16.10.2015

Forscher der Universität Jena klären molekulare Ursachen für bakterielle Pflanzenkrankheit auf

Es liest sich ein wenig wie eine Horror-Geschichte, an deren Anfang eine Idylle steht: Üppig blühende gesunde Pflanzen, umschwärmt von zahlreichen Insekten. Von ihrem Besuch profitieren gewöhnlich beide Seiten.


Der Befall mit Phytoplasmen bewirkt, dass die Pflanzen (hier: Astern) anstelle von Blüten (oben links), verkümmerte Blattstrukturen (oben rechts), sowie vegetative Triebe (unten) ausbilden.

Fotos: Alan Lorance

Während die Insekten sich an Pflanzensaft und Pollen laben, bestäuben sie Blüten und sichern so den Fortbestand der Pflanzen. Doch manchmal bringen die Insekten – in diesem Fall bestimmte Zikaden – auch schweres Unheil, aus dem es für die Pflanzen kein Entkommen gibt.

„Die Insekten übertragen Bakterien, sogenannte Phytoplasmen, die den Lebenszyklus der Pflanzen zerstören“, sagt Prof. Dr. Günter Theißen von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Statt Blüten bilden die befallenen Exemplare nur noch verkümmerte Blattstrukturen aus, eine geschlechtliche Fortpflanzung ist so nicht mehr möglich.

„Diese Pflanzen werden zu lebenden Toten“, veranschaulicht der Genetiker, „die nur noch zur Verbreitung der Bakterien dienen.“ Daher bezeichnen die Wissenschaftler sie auch als „Zombies“.

Prof. Theißen und seinem Jenaer Team ist es jetzt gelungen, einen wesentlichen Beitrag zur Aufklärung der molekularbiologischen Grundlagen dieses Phänomens zu leisten. In der soeben erschienenen Ausgabe der Fachzeitschrift „Trends in Plant Science“ erklären die Forscher, wie die Parasiten derartig verheerend in die Entwicklung der Pflanzen eingreifen und ihnen ein Schicksal als „Zombie“ auferlegen (DOI: 10.1016/j.tplants.2015.08.004).

Hauptverantwortlich dafür ist ein Eiweiß mit Namen SAP54, erläutert Doktorand Florian Rümpler, der Erstautor der Publikation. „Dieses Eiweiß stammt aus den Bakterien und ähnelt in seiner Struktur sehr stark einem Eiweiß, das in der Pflanze gemeinsam mit anderen Proteinen einen regulatorischen Komplex bildet, der für eine normale Blütenentwicklung sorgt.“

Wie die Jenaer Forscher anhand von Modellierungsstudien zeigen konnten, ahmt SAP54 in den infizierten Pflanzen die Struktur bestimmter pflanzeneigener MADS-Domänen-Proteine so perfekt nach, dass diese an SAP54 statt an ihresgleichen binden. Dies führt letztlich zur Degradierung der MADS-Domänen-Proteine, so dass sie ihre normale Funktion in den regulatorischen Komplexen der Blütenentwicklung nicht mehr ausüben können. „Das verhindert die Ausbildung von Blütenblättern und -organen“, erklärt Rümpler.

Weiterhin ungeklärt sei die Frage, woher die Moleküle ihre Ähnlichkeit haben. „Denkbar wäre, dass beide Eiweiße auf einen gemeinsamen Ursprung zurückgehen“, sagt Rümpler. „Wir vermuten jedoch etwas anderes.“ So stellt das Wissenschaftlerteam der Jenaer Uni in der aktuellen Publikation die These auf, dass sich das Bakterien-Eiweiß erst im Laufe der Evolution so präzise an seinen Wirt angepasst hat.

Ob sich die neuen Erkenntnisse irgendwann praktisch nutzen lassen, bleibt abzuwarten. Das Phänomen des Phytoplasmenbefalls ist bereits seit langem bekannt; Obstbauern und Kleingärtner kennen es beispielsweise als sogenannten „Besenwuchs“ an Apfelbäumen und auch im Weinanbau oder der Pflanzenzucht führen Phytoplasmosen immer wieder zu Ertragsausfällen.

„Auch wenn wir den Infektionsprozess jetzt besser verstehen, haben wir bislang keine Möglichkeit, diesen zu verhindern“, so Theißen. Dennoch sehen er und seine Kollegen in den neuen Erkenntnissen einen vielversprechenden Ansatz für die weitere Grundlagenforschung. So könnten die Auswirkungen eines Phytoplasmabefalls beispielsweise dafür genutzt werden, die Entstehung der Blüte im Laufe der Evolution besser nachzuvollziehen.

Original-Publikation:
Rümpler F et al. Did convergent protein evolution enable phytoplasmas to generate ‘zombie plants’? Trends in Plant Science, 2015, DOI: 10.1016/j.tplants.2015.08.004).

Kontakt:
Prof. Dr. Günter Theißen, Florian Rümpler
Lehrstuhl für Genetik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Philosophenweg 12, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949550, 03641 / 949564
E-Mail: guenter.theissen[at]uni-jena.de, florian.ruempler[at]uni-jena.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-jena.de

Dr. Ute Schönfelder | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse
21.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Pflanzen ihr Gedächtnis vererben
21.08.2017 | Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI)

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: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik