Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auch Pflanzen haben eine doppelte Abwehrkette

18.11.2005


Kölner Max-Planck-Forschern weisen nach, dass die dauerhafte Resistenz von Pflanzen gegen Pilzparasiten auf einem mehrstufigen Abwehrmechanismus beruht


Die Modellpflanze Arabidopsis thaliana wehrt sich gegen das Eindringen eines Parasiten. In einer Mutante von Arabidopsis, in der das Gen für das PEN2-Protein ausgeschaltet ist (rechte Pflanze, links im Vergleich der Wildtyp), dringt der Gerstenmehltau deutlich häufiger in die Epidermiszellen ein als bei einem Wildtyp. Die angegriffene Zelle reagiert schließlich mit dem Zelltod auf den Eindringling. Die damit einhergehende weiße Fluoreszenz kann durch UV-Licht sichtbar gemacht werden. Für die rote Hintergrundfärbung der Blätter ist die Eigenfluoreszenz des Chlorophylls verantwortlich. Bild: Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung/Volker Lipka



Pflanzen sind in ihrer Umwelt vielen verschiedenen Krankheitserregern ausgesetzt. Doch nur sehr wenige davon sind in der Lage, eine Pflanzenart zu befallen und sie "krank zu machen". Wenn eine Pflanze von einem bestimmten Krankheitserreger nicht befallen wird, ist sie ihm gegenüber resistent - also kein Wirt. Diese dauerhafte Spielart pflanzlicher Immunität gegenüber Parasiten nennt man Nichtwirts-Resistenz. Obwohl diese in der Natur die überwiegende Zahl aller "Angriffe" durch Parasiten beendet, ist sie bisher nur wenig erforscht. Forscher des Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung in Köln um Volker Lipka, Jan Dittgen und Paul Schulze-Lefert haben jetzt in Zusammenarbeit mit Kollegen der Carnegie Institution, USA, die molekularen Komponenten der Nichtwirts-Resistenz aufgedeckt und beschreiben diesen molekularen Abwehrmechanismus in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Science" (Science, 18. November 2005). Ihre Erkenntnisse lassen gewisse Parallelen im Immunsystem von Pflanzen und Tieren erkennen und könnten für die Entwicklung neuer "grüner" Fungizide von essentieller Bedeutung sein.



Den Max-Planck-Forschern ist es gelungen, durch die Isolierung von Arabidopsis-Mutanten, die partiell anfällig gegenüber Gerste-Mehltaupilzen sind, die so genannten PEN (penetration)-Gene als wichtige Komponenten der Nichtwirts-Resistenz zu identifizieren. Sind diese defekt bzw. fehlt das dadurch kodierte Protein in der Pflanzenzelle, kann der Pilz weitaus häufiger in Blattepidermis-Zellen eindringen. Deshalb gingen die Wissenschaftler in ihren Experimenten speziell der Frage nach, welche Funktion das PEN2-Protein nun genau bei der Abwehr von Krankheitserregern hat.

PEN2 ist ein Enzym und befindet sich in der Membran von so genannten Peroxisomen - räumlich abgetrennten Zellkompartimenten, in denen oftmals Stoffwechselreaktionen ablaufen, die für den Organismus außerhalb dieser Gefäße gefährlich wären. Versucht nun ein Pilz in eine Pflanzenzelle einzudringen, werden solche Peroxisomen mit dem angehefteten PEN2-Protein gezielt zur Angriffsstelle geleitet. Durch die enzymatische Aktivität des PEN2-Enzyms, einer Glykosylhydrolase, können ein oder mehrere Zuckermoleküle von einem anderen Zellbaustein abgespalten werden. Die dadurch freigesetzte Substanz hat wahrscheinlich eine fungizide, also den Pilz-Erreger tötende Wirkung.

Umgekehrt konnten die Forscher beobachten, dass bei einem Ausfall von PEN2 die Pflanzen nicht nur anfälliger gegen Mehltaupilze sondern auch gegen andere Pflanzenschädlinge wurden, etwa gegen den Erreger der Kraut- und Knollenfäule der Kartoffel. Dies zeigt, dass es sich bei PEN2 um einen Baustein des pflanzlichen Immunsystems mit einem breiten Wirkungsspektrum handelt.

Fällt PEN2 aus, ist die Pflanze jedoch noch nicht vollständig hilflos gegen Pilzkrankheiten - erst muss noch eine zweite Abwehrkette überwunden werden. Dazu unternimmt die Pflanze einen drastischen Schritt: Die angegriffene Zelle stirbt mitsamt dem Angreifer, wodurch das benachbarte Pflanzengewebe vor einer Infektion geschützt werden soll.

Bei dieser tödlichen Abwehr spielen ganz andere Proteine eine zentrale Rolle, nämlich EDS1, PAD4 und SAG101. Diese waren den Forschern bereits bei anderen Spielarten des pflanzlichen Immunsystems aufgefallen, bei der die Pflanze durch Immunrezeptoren auf der Zelloberfläche und im Zellinneren molekulare Merkmale identifiziert, die nur in Parasiten vorhanden sein können. Erst wenn auch dieser zweite Schutzmechanismus ausfällt, kann die Pflanze von den ursprünglich nicht-virulenten Mehltaupilzen schließlich besiedelt werden.

Mit ihren Forschungsergebnisse haben die Max-Planck-Forscher nun nachgewiesen, dass die Nichtwirts-Resistenz von Pflanzen aus einem mindestens zweistufigen Verteidigungssystem besteht. Deren Stufen entscheiden, ob eine Pflanze für eine Krankheit anfällig ist oder nicht. Dabei könnte die Redundanz der Abwehrschichten und das breite Wirkungsspektrum von PEN2 erklären, warum die Nichtwirts-Resistenz in der Natur ein dauerhafter und breit wirkender Resistenzmechanismus ist. Fällt nämlich ein Baustein einer Abwehrschicht aus, wird seine Funktion durch Komponenten der nächsten Abwehrreihe übernommen.

Hingegen hatte man bisher angenommen, dass die Nichtwirts-Resistenz eher auf "passiven" Mechanismen beruht, wie die Bauart der Zellwand, giftigen Stoffen auf der Pflanzenoberfläche oder fehlenden molekularen Angriffspunkten für Pathogene. Hingegen konnten die Kölner Wissenschaftler nun zeigen, dass aktive Immunantworten einen entscheidenden Beitrag zur Nichtwirts-Resistenz von Pflanzen leisten, wie etwa der beobachtete Transport von PEN2 zur Infektionsstelle.

In weiteren Untersuchungen wollen die Forscher nun jene Stoffe identifizieren, die durch die PEN2-Aktivität an der Infektionsstelle gebildet werden. Es ist zu vermuten, dass diese Stoffe neuartige "grüne Fungizide" mit breitem Wirkungsspektrum zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten liefern könnten.

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Prof. Dr. Paul Schulze-Lefert, Abteilung Molekulare Phytopathologie
Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung, Köln
Tel.: 0221 5062-350
Fax: 0221 5062-353
E-Mail: schlef@mpiz-koeln.mpg.de

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Virenvermehrung in 3D
13.12.2019 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Dem Feind auf der Spur: Neuer Algorithmus erkennt sogar kleinste Krebsmetastasen im ganzen Mauskörper
13.12.2019 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

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: Virenvermehrung in 3D

Vaccinia-Viren dienen als Impfstoff gegen menschliche Pockenerkrankungen und als Basis neuer Krebstherapien. Zwei Studien liefern jetzt faszinierende Einblicke in deren ungewöhnliche Vermehrungsstrategie auf atomarer Ebene.

Damit Viren sich vermehren können, benötigen sie in der Regel die Unterstützung der von ihnen befallenen Zellen. Nur in deren Zellkern finden sie die...

Im Focus: Virus multiplication in 3D

Vaccinia viruses serve as a vaccine against human smallpox and as the basis of new cancer therapies. Two studies now provide fascinating insights into their unusual propagation strategy at the atomic level.

For viruses to multiply, they usually need the support of the cells they infect. In many cases, only in their host’s nucleus can they find the machines,...

Im Focus: Cheers! Maxwell's electromagnetism extended to smaller scales

More than one hundred and fifty years have passed since the publication of James Clerk Maxwell's "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" (1865). What would our lives be without this publication?

It is difficult to imagine, as this treatise revolutionized our fundamental understanding of electric fields, magnetic fields, and light. The twenty original...

Im Focus: Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

In einer experimentell-theoretischen Gemeinschaftsarbeit hat am Heidelberger MPI für Kernphysik ein internationales Physiker-Team erstmals eine Orbitalkreuzung im hochgeladenen Ion Pr9+ nachgewiesen. Mittels einer Elektronenstrahl-Ionenfalle haben sie optische Spektren aufgenommen und anhand von Atomstrukturrechnungen analysiert. Ein hierfür erwarteter Übergang von nHz-Breite wurde identifiziert und seine Energie mit hoher Präzision bestimmt. Die Theorie sagt für diese „Uhrenlinie“ eine sehr große Empfindlichkeit auf neue Physik und zugleich eine extrem geringe Anfälligkeit gegenüber externen Störungen voraus, was sie zu einem einzigartigen Kandidaten zukünftiger Präzisionsstudien macht.

Laserspektroskopie neutraler Atome und einfach geladener Ionen hat während der vergangenen Jahrzehnte Dank einer Serie technologischer Fortschritte eine...

Im Focus: Highly charged ion paves the way towards new physics

In a joint experimental and theoretical work performed at the Heidelberg Max Planck Institute for Nuclear Physics, an international team of physicists detected for the first time an orbital crossing in the highly charged ion Pr⁹⁺. Optical spectra were recorded employing an electron beam ion trap and analysed with the aid of atomic structure calculations. A proposed nHz-wide transition has been identified and its energy was determined with high precision. Theory predicts a very high sensitivity to new physics and extremely low susceptibility to external perturbations for this “clock line” making it a unique candidate for proposed precision studies.

Laser spectroscopy of neutral atoms and singly charged ions has reached astonishing precision by merit of a chain of technological advances during the past...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPT und Ericsson starten mit 5G-Industry Campus Europe größtes industrielles 5G-Forschungsnetz Europas

13.12.2019 | Informationstechnologie

Virenvermehrung in 3D

13.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Dem Feind auf der Spur: Neuer Algorithmus erkennt sogar kleinste Krebsmetastasen im ganzen Mauskörper

13.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics