Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neu gefundenes Aminosäurederivat macht Pflanzen resistent

23.03.2018

Pflanzenforschung: Veröffentlichung in Cell

Pflanzen besitzen ein komplexes Verteidigungssystem, um sich gegen schädliche Mikroorganismen in ihrer Umwelt zu schützen. Ein Team Düsseldorfer Biologen um Prof. Dr. Jürgen Zeier fand ein Aminosäurederivat, das im pflanzlichen Immunsystem eine zentrale Rolle spielt. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift Cell.


N-Hydroxypipecolinsäure (rechts) stimuliert die SAR der Ackerschmalwand, so dass sie immun gegen verschiedene Pflanzenpathogene wie die Blattflecken-Erreger oder den falschen Mehltau gemacht werden.

Jürgen Zeier


Erstautor der Studie Dr. Michael Hartmann (links) und Arbeitsgruppenleiter Prof. Dr. Jürgen Zeier diskutieren mögliche Anwendungen der Ergebnisse ihrer Studie für den Pflanzenschutz.

Stefan Schreiber / Institut für Molekulare Ökophysiologie der Pflanzen

Pflanzen reagieren auf unterschiedliche Weisen auf eindringende Krankheitserreger („Pathogene“) wie Bakterien oder Pilze. Typisch ist zum Beispiel der kontrollierte Zelltod von Pflanzenzellen rund um eine Infektionsstelle, wodurch den Pathogenen der Zugang zu Nährstoffen entzogen wird. Ein anderer Mechanismus ist die lokale Verstärkung der pflanzlichen Zellwand, welche eine physikalische Barriere zu den gesunden Pflanzenteilen darstellt.

Trotzdem überwinden manche Pflanzenpathogene die Schutzmechanismen und gedeihen in parasitärer Weise auf oder im Pflanzengewebe. Eine Infektion durch Mikroben, die in einem Blatt oder in wenigen Blättern des Pflanzensprosses auftritt, muss aber nicht zwangsläufig zu einer schwerwiegenden Erkrankung der gesamten Pflanze führen.

Es gibt nämlich eine weitere wichtige Abwehrkomponente im pflanzlichen Immunsystem: die „systemisch erworbene Resistenz“ (englisch „systemic acquired resistance“, kurz SAR). So kann eine erste Blattinfektion die SAR im gesamten Sprossgewebe aktivieren. Die Pflanze wird so in Alarmbereitschaft versetzt und anschließend sehr effektiv gegen Folgeinfektionen geschützt.

Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Jürgen Zeier am Institut für Molekulare Ökophysiologie der Pflanzen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) beschäftigt sich seit mehreren Jahren mit den molekularen Grundlagen des pflanzlichen SAR-Phänomens. Als Untersuchungsobjekt dient vornehmlich die Modellpflanze Arabidopsis thaliana, die Ackerschmalwand.

Frühere Studien der Forschergruppe identifizierten zwei unverzichtbare Bausteine der SAR in der Pflanze: ein Protein namens FLAVIN-DEPENDENT-MONOOXYGENASE1 (FMO1) und die Pipecolinsäure, eine vom L-Lysin abgeleitete Aminosäure, deren Vorkommen in sehr vielen verschiedenen Pflanzenarten nachgewiesen wurde.

Aktuelle Arbeiten der Düsseldorfer Biologen zeigen nun, dass die Pipecolinsäure in der Pflanze durch die FMO1-Monooxygenase zur N-Hydroxypipecolinsäure umgesetzt wird, die als aktives Derivat den SAR-Zustand auslöst. Es stellte sich heraus, dass schon eine geringe Menge an N-Hydroxypipecolinsäure – über das Erdsubstrat verabreicht – ausreicht, um sie praktisch vollständig vor Infektionen mit dem bakteriellen Blattflecken-Erreger Pseudomonas syringae oder dem falschen Mehltau Hyaloperonospora arabidopsidis – einem pilzähnlichen Erreger – zu schützen.

Die HHU-Forscher klärten so einen entscheidenden biochemischen Mechanismus der systemisch erworbenen Resistenz in Pflanzen auf. Ihre Ergebnisse veröffentlichen sie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Cell. Diese Studie und die vorherige Ergebnisse der Gruppe zeigen die Existenz eines vorher unbekannten, von der Aminosäure L-Lysin ausgehenden Stoffwechselweges auf, der zur Bildung des SAR-Regulators N-Hydroxypipecolinsäure führt.

Künftig werden Prof. Zeier und sein Team untersuchen, ob dieser für das Arabidopsis-Immunsystem wesentliche Mechanismus auch in Nutzpflanzen eine ähnlich große Rolle spielt. Mit der pflanzeneigenen N-Hydroxypipecolinsäure fanden sie ein biologisches Pflanzenstärkungsmittel, das vielversprechendes Anwendungspotential im natürlichen Pflanzenschutz haben kann.

Originalveröffentlichung

M. Hartmann, T. Zeier, F. Bernsdorff, V. Reichel-Deland, D. Kim, M. Hohmann, N. Scholten, S. Schuck, A. Bräutigam, T. Hölzel, C. Ganter & J. Zeier, Flavin monooxygenase-generated N-hydroxypipecolic acid is a critical element of plant systemic immunity, Cell, 23. März 2018

DOI: 10.1016/j.cell.2018.02.049

Weitere Informationen:

http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30226-5

Dr.rer.nat. Arne Claussen | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht In Form bleiben
16.08.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

nachricht Intelligente Fluoreszenzfarbstoffe
16.08.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Im Focus: Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

Neue Software verwendet erstmals maschinelles Lernen um Strömungsfelder um interaktiv designbare 3D-Objekte zu berechnen. Methode wird auf der renommierten SIGGRAPH-Konferenz vorgestellt

Wollen Ingenieure oder Designer die aerodynamischen Eigenschaften eines neu gestalteten Autos, eines Flugzeugs oder anderer Objekte testen, lassen sie den...

Im Focus: New interactive machine learning tool makes car designs more aerodynamic

Scientists develop first tool to use machine learning methods to compute flow around interactively designable 3D objects. Tool will be presented at this year’s prestigious SIGGRAPH conference.

When engineers or designers want to test the aerodynamic properties of the newly designed shape of a car, airplane, or other object, they would normally model...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

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

Interaktive Software erleichtert Design komplexer Gussformen

16.08.2018 | Informationstechnologie

Fraunhofer HHI entwickelt Quantenkommunikation für jedermann im EU-Projekt UNIQORN

16.08.2018 | Informationstechnologie

Spezialfarbstoff erlaubt völlig neue Einblicke ins Gehirn

16.08.2018 | Medizin Gesundheit

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