Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Pflanzen Infektionen bemerken

02.06.2010
Kleinste Bruchstücke von Bakterien reichen aus, um bei Pflanzen eine Abwehrreaktion gegen die Schädlinge auszulösen. Forscher von den Universitäten Würzburg und Basel beschreiben jetzt molekulare Details dieser Reaktion.

In der freien Natur ist das Leben der Pflanzen ständig in Gefahr: Ungünstige Umweltbedingungen wie anhaltende Trockenheit oder Schadstoffe in Atmosphäre, Boden und Wasser bedrohen sie. Außerdem lauern ständig angriffslustige Pilze, Bakterien und Viren.

Könnten diese Krankheitserreger so, wie sie wollen, wäre die Flora nicht mehr so satt grün und prächtig. Pflanzen sind demzufolge in der Lage, ihre kleinen Feinde in Schach zu halten. Wie schaffen sie das, wo sie doch nicht einfach weglaufen oder zum Arzneischränkchen greifen können?

Veröffentlicht in renommierten Zeitschriften

Antworten auf diese Frage geben Arbeitsgruppen von den Universitäten Basel und Würzburg. Ihre Ergebnisse haben Professor Thomas Boller aus Basel und die Würzburger Arbeitsgruppe um den Biophysiker Professor Rainer Hedrich und den Molekularbiologen Dr. Dirk Becker in den renommierten Zeitschriften The Plant Journal und Journal of Biological Chemistry veröffentlicht.

In den Zeitschriften zeigen die Forscher, wie Pflanzen mit ihrem angeborenen Immunsystem potentielle Krankheitserreger in die Schranken weisen. Erforscht haben sie dieses Phänomen mit Bakterien vom Typ Pseudomonas und mit der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand). Pseudomonas-Bakterien können bei Pflanzen Fäulnis und andere Schäden hervorrufen.

Rezeptor erkennt Bruchstücke von Bakterien

Auf das Bakterium Pseudomonas fiel die Wahl nicht von ungefähr, denn der Arbeitsgruppe von Thomas Boller war zuvor ein entscheidender Durchbruch gelungen: Die Baseler identifizierten in der Hüllmembran von Pflanzenzellen einen Rezeptor (FLS2). Er erkennt noch in verschwindend kleinen Mengen Bruchstücke der bakteriellen Fortbewegungsorgane, der so genannten Flagellen.

„Auf einer Tagung haben wir ausgemacht, unser Fachwissen in Biophysik (Würzburg) und Biochemie (Basel) zu bündeln“, berichtet Rainer Hedrich. Ziel der Forscher: Die frühen Prozesse zu klären, mit denen Pflanzen Krankheitserreger erkennen.

Elektrische Erregung durch Bakterien-Bruchstücke

Aus Basel bekamen die Würzburger eine 22 Aminosäuren lange Peptidkette (Flg22) aus dem Flagellen-Baustein Flagellin und dazu Rezeptor-Mutanten von Arabidopsis. Mit diesem Material stellten sie fest, dass das Bakterien-Peptid die Pflanzenzellen elektrisch erregt: Etwa eine Minute, nachdem sie den Pflanzen das Bakterien-Bruchstück verabreicht hatten, stellten sie einen Anstieg der Kalzium-Konzentration zusammen mit einer zehn Minuten anhaltenden Depolarisation der Membran fest. „Der Flagellin-Rezeptor aktiviert – abhängig von Kalzium – einen Anionen-Kanal in der Membran“, sagt Dirk Becker.

Pflanze schüttet antibakterielle Substanzen aus

Gleichzeitig zeigten die Baseler, dass die Erregung der Membran an den Zellkern weitergeleitet wird und das Immunsystem stimuliert: Die Pflanze aktiviert Abwehrgene, baut antimikrobielle Substanzen und Enzyme zusammen und überschüttet damit die eingedrungenen Bakterien.

Um die Verbreitung der Mikroben zu verhindern, begehen – quasi als letzte Instanz – rund um den Infektionsherd ganze Gruppen von Zellen den Opfertod. Zurück bleiben braune Flecken und mikroskopisch kleine „Narben“ als Zeugen der gelungenen Schädlingsabwehr.

Hunderte von Frühwarnsystemen gegen Eindringlinge

Was aber, wenn die Pflanze das Flagellin übersieht, das bei vielen Bakterien vorkommt? Kein ganz so großes Problem! „Die Pflanze identifiziert Eindringlinge gleichzeitig über verschiedene Rezeptoren – so nimmt sie einen typischen Fingerabdruck von den jeweiligen Erregern“, sagt Thomas Boller.

Das angeborene Immunsystem der Pflanzen besteht aus Hunderten solcher Frühwarnsysteme. Dazu gehören auch solche vom PEPR1/2 Typus, die pflanzeneigene Peptide aus dem Zellinneren erkennen. Sobald Mikroben eine Pflanzenzelle verletzen, gelangen diese Peptide an die Oberflächenrezeptoren umgebender Zellen und signalisieren Gefahr.

Anionen-Kanal leitet Gefahrensignale weiter

Aus ihren Untersuchungen schließt die deutsch-schweizerische Forschungsallianz: Die unterschiedlichen Gefahrensignale, die von diesen Rezeptoren erkannt werden, werden über den gleichen Anionen-Kanal in ein elektrisches Signal übersetzt.

Hedrich: „Gegenwärtig sind wir dabei, das Gen für diesen zentralen Ionenkanal aufzuspüren. Wir haben zwei Genfamilien gefunden, die Anionen-Kanäle codieren. Jetzt gilt es, den Hauptverdächtigen dingfest zu machen.“

"Early signaling through the Arabidopsis pattern recognition receptors FLS2 and EFR involves Ca2+-associated opening of plasma membrane anion channels”, Elena Jeworutzki, M. Rob G. Roelfsema, Uta Anschütz, Elzbieta Krol, J. Theo M. Elzenga, Georg Felix , Thomas Boller , Rainer Hedrich, and Dirk Becker, Plant Journal 2010, Volume 62 Issue 3, Pages 367 – 378 (Published Online), DOI: 10.1111/j.1365-313X.2010.04155.x

"Perception of the Arabidopsis Danger Signal Peptide 1 Involves the Pattern Recognition Receptor AtPEPR1 and Its Close Homologue AtPEPR2”, Elzbieta Krol, Tobias Mentzel, Delphine Chinchilla, Thomas Boller, Georg Felix, Birgit Kemmerling, Sandra Postel, Michael Arents, Elena Jeworutzki, Khaled A. S. Al-Rasheid, Dirk Becker, and Rainer Hedrich, J. Biol. Chem. 2010 285: 13471-13479. First Published on March 3, 2010. DOI:10.1074/jbc.M109.097394

Kontakt

Prof. Dr. Rainer Hedrich, Julius-von-Sachs-Institut für Biowissenschaften der Universität Würzburg, T (0931) 31-86100, ache@botanik.uni-wuerzburg.de

Prof. Dr. Thomas Boller, Institut für Botanik der Universität Basel, T +41 (61) 267 23 20, Thomas.Boller@unibas.ch

Robert Emmerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neues Blut dank neuer Technik
14.12.2018 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Neue Chancen für den Tierschutz: Effizientes Testverfahren zum Betäubungsmittel-Einsatz bei Fischen
14.12.2018 | Universität Bayreuth

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: Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

Wiener Quantenforscher der ÖAW realisierten in Zusammenarbeit mit dem AIT erstmals ein quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk zwischen vier aktiven Teilnehmern. Diesen wissenschaftlichen Durchbruch würdigt das Fachjournal „Nature“ nun mit einer Cover-Story.

Alice und Bob bekommen Gesellschaft: Bisher fand quantenkryptographisch verschlüsselte Kommunikation primär zwischen zwei aktiven Teilnehmern, zumeist Alice...

Im Focus: An energy-efficient way to stay warm: Sew high-tech heating patches to your clothes

Personal patches could reduce energy waste in buildings, Rutgers-led study says

What if, instead of turning up the thermostat, you could warm up with high-tech, flexible patches sewn into your clothes - while significantly reducing your...

Im Focus: Tödliche Kombination: Medikamenten-Cocktail dreht Krebszellen den Saft ab

Zusammen mit einem Blutdrucksenker hemmt ein häufig verwendetes Diabetes-Medikament gezielt das Krebswachstum – dies haben Forschende am Biozentrum der Universität Basel vor zwei Jahren entdeckt. In einer Folgestudie, die kürzlich in «Cell Reports» veröffentlicht wurde, berichten die Wissenschaftler nun, dass dieser Medikamenten-Cocktail die Energieversorgung von Krebszellen kappt und sie dadurch abtötet.

Das oft verschriebene Diabetes-Medikament Metformin senkt nicht nur den Blutzuckerspiegel, sondern hat auch eine krebshemmende Wirkung. Jedoch ist die gängige...

Im Focus: Lethal combination: Drug cocktail turns off the juice to cancer cells

A widely used diabetes medication combined with an antihypertensive drug specifically inhibits tumor growth – this was discovered by researchers from the University of Basel’s Biozentrum two years ago. In a follow-up study, recently published in “Cell Reports”, the scientists report that this drug cocktail induces cancer cell death by switching off their energy supply.

The widely used anti-diabetes drug metformin not only reduces blood sugar but also has an anti-cancer effect. However, the metformin dose commonly used in the...

Im Focus: New Foldable Drone Flies through Narrow Holes in Rescue Missions

A research team from the University of Zurich has developed a new drone that can retract its propeller arms in flight and make itself small to fit through narrow gaps and holes. This is particularly useful when searching for victims of natural disasters.

Inspecting a damaged building after an earthquake or during a fire is exactly the kind of job that human rescuers would like drones to do for them. A flying...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz zu Usability und künstlicher Intelligenz an der Universität Mannheim

13.12.2018 | Veranstaltungen

Show Time für digitale Medizin-Innovationen

13.12.2018 | Veranstaltungen

ICTM Conference 2019 in Aachen: Digitalisierung als Zukunftstrend für den Turbomaschinenbau

12.12.2018 | Veranstaltungen

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

Cohesin treibt die Alterung von Blutstammzellen voran

14.12.2018 | Biowissenschaften Chemie

Durch Biomarker wird die Bildung von Knochenmetastasen früher erkennbar

14.12.2018 | Biowissenschaften Chemie

Dreidimensionaler Herzmuskel aus Hautzellen gezüchtet

14.12.2018 | Biowissenschaften Chemie

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