"Türsteher"-Protein in Pflanzen entdeckt

Wissenschaftler der Universität Tübingen ist es gelungen, ein wichtiges Protein zur Stressreaktion bei Pflanzen zu identifizieren. Zur Regulierung des Wasserhaushalts und bei Kontakt mit Keimen können Pflanzen schnell und gezielt ihre mikroskopisch kleinen Atemöffnungen – die Schließzellen – öffnen und verschließen.

Für die Stresswahrnehmung der „Eintrittspforten“ ist offenbar das Protein AHK5 von zentraler Bedeutung, wie die Gruppe um Universitätsprofessor Klaus Harter im Fachblatt PLoS One berichtet. „Es ist wichtig, wie schnell Pflanzen auf Trockenstress oder Pathogene reagieren Je schneller sie ihre Atemöffnungen schließen können, desto besser ist die Abwehr“, erklärt Harter gegenüber pressetext. „Wenn wir den zugrunde liegenden Mechanismus kennen, dann können wir die Pflanzen auch züchterisch modulieren.“

Die Schließzellen befinden sich in den äußeren Zellen der Pflanzenblätter und dienen der Steuerung des Kohlendioxid- und Sauerstoffaustauschs. Bei drohender Austrocknung oder Keim- und Pilzkontakt werden diese Zellen umgehend verschlossen. Auslöser dafür ist ein Ansteigen des Wasserstoffperoxidspiegels im Zellinneren, was für die Schließzellen ein Stress-Signal ist. Ungeklärt war aber bisher, welches Molekülsystem die Konzentration von Wasserstoffperoxid in den Zellen misst. „Die Schwierigkeit liegt darin, dass verschiedene Signale in den Zellen ankommen und in ein Signal umgewandelt werden.

Die Frage war nun, wer der Integrator dieser Signale ist“, erklärt Harter. Anhand molekularer, biologischer und spektroskopischer Analysen kam Harters Arbeitsgruppe vom Tübinger Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen dem AHK5-Protein auf die Spur. „Wir sind über Mutanten, also Pflanzen die das AHK5-Gen nicht besitzen, auf das Protein gestoßen. Denn diese Mutanten konnten ihre Schließzellen nur noch sehr eingeschränkt schließen.“

„Das AHK5-Protein ist nun ein Zielprotein, das man modulieren kann, um die Stressreaktion und -Resistenz der Pflanzen zu verbessern“, führt Harter aus. Im nächsten Schritt wollen die Forscher klären, ob das Protein selbst als Sensor für die Wasserstoffperoxidkonzentration fungiert und dadurch beeinflusst wird. „AHK5 steht an der Spitze einer Signalkette, die zum Schließen der Atemöffnungen führen. Nun gilt es, herauszufinden was die anderen Komponenten sind und ob man diese auch verändern kann“, sagt Harter.

Generell sei das Verständnis der Wissenschaft für die komplexen Mechanismen zur Informationsverarbeitung in einer Pflanzenzelle auf molekularer Ebene aber noch immer sehr rudimentär. In diesem Gebiet gebe es also noch reichlich Potenzial und „viel Spannendes und Neues zu entdecken“.