Jasmonatstoffwechsel im Fokus: Neuer Angriffspunkt zur genetischen Resistenzverbesserung

Wenn wir von Insekten belästigt werden, greifen wir zur Fliegenklatsche oder suchen das Weite. Diese Optionen haben Pflanzen nicht. Fest verwurzelt an ihrem Standort haben sie jedoch andere Mechanismen entwickelt, sich gegen Krankheitserreger und Schädlinge zu wehren. Jasmonate sind Pflanzenhormone, die diesem Prozess eine wichtige Rolle spielen.

Ihr Name ist von der Pflanze Jasmin abgeleitet, in welcher sie erstmals entdeckt wurden. Jasmonate sind zyklische Fettsäurenderivate, die in ihrer Struktur den tierischen Prostaglandinen ähneln. Aber nicht nur bei Abwehrreaktionen sind Jasmonate von Bedeutung. Sie steuern auch das pflanzliche Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen. Dieser Umstand erschwert es Wissenschaftlern, in den Stoffwechselweg der Jasmonate einzugreifen, um die Resistenz von Pflanzen gegenüber Pathogenen zu erhöhen. Denn dabei würden sie höchstwahrscheinlich auch wichtige Wachstums- und/oder Entwicklungsprozesse stören.

Nun haben Forscher ein Gen im Stoffwechselweg der Jasmonate entdeckt, das zwar die Abwehrmechanismen der Pflanze steuert, offenbar aber keine Rolle bei Wachstumsprozessen zu spielen scheint. „Ein idealer Angriffspunkt, um die Abwehr von Pflanzen gegenüber Insekten und Pathogenen zu stärken“, schreiben die Wissenschaftler.

JAV1 an pflanzlicher Entwicklung offenbar unbeteiligt

Wissenschaftler der Tsinghua Universität in Peking, China, stießen auf das JAV1-Gen, indem sie in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana verschiedene Gene im Stoffwechselweg der Jasmonate mit Hilfe der RNA-Interferenz (RNAi) stilllegten. Dann führten sie ein genetisches Screening an etwa 20.000 so generierten transgenen Pflanzen durch und prüften, welche davon sich besonders gut gegen eine Pathogeninfektion wehren konnten. Das war bei Pflanzen, in denen das JAV1-Gen nicht aktiv war, der Fall. Und auch einen anderen Umstand beobachteten die Forscher: Bei ausgeschaltetem JAV1-Gen verstärkten die Pflanzen zwar ihre Jasmonat-gesteuerte Abwehrreaktion gegenüber Pathogenen und Insekten signifikant, die Jasmonat-gesteuerten Entwicklungsprozesse liefen jedoch nahezu unverändert weiter.

Keine homologen Gene in Prokaryoten und Tieren

Nach einer Attacke von Krankheitserregern oder anderen Angreifern sammeln sich normalerweise zahlreiche Jasmonate in der Pflanze an. Diese sorgen für den Abbau des JAV1 Proteins über das 26S Proteasom, um die Immunabwehr in Gang zu bringen. Das Proteasom ist ein Proteinkomplex, der bei Eukaryoten im Cytoplasma und im Zellkern Proteine zu Fragmenten abbaut. Fehlt JAV1, haben andere Immunregulatoren freie Bahn, die wiederum das Immunsystem ankurbeln und für eine verstärkte Abwehr sorgen.

Eine Datenbank Analyse der Wissenschaftler zeigte, dass es keine homologen Gene zu JAV1 in Prokaryoten oder Tieren gibt. Es scheint sich dabei um ein pflanzenspezifisches Gen zu handeln.

„Durch unsere Entdeckung des JAV1 Gens können wir sowohl die Resistenz gegen Krankheitserreger als auch gegen Fressfeinde in Pflanzen verbessern, indem wir den Stoffwechselweg der Jasmonate beeinflussen”, schreiben die Wissenschaftler. Das sei sowohl von wissenschaftlicher als auch von landwirtschaftlicher Bedeutung.
Quelle:

Hu, P. et al. (2013): JAV1 Controls Jasmonate-Regulated Plant Defense. In: Molecular Cell 50, 506–517, (23. Mai 2013), doi: org/10.1016/j.molcel.2013.04.027