Wie sich Pflanzen gegen Krankheiten zur Wehr setzen

Forscher des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln sowie der Universität Köln unter der Leitung von Jijie Chai und Jane Parker haben in Zusammenarbeit mit einer Forschungsgruppe aus China zelluläre Moleküle entdeckt, welche die Immunantwort der Pflanzen steuern. Die kleinen Botenstoffe spielen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Krankheiten.

In zwei Studien, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Science, stellten die Forscher zwei Klassen von Molekülen vor, deren Wirkungsweise sie bei der Immunantwort von Pflanzen nachweisen konnten. Eine zentrale Rolle spielen dabei bestimmte Proteine, die Nukleotid-bindendne/Leucin-rich repeat-(NLR)- Immunrezeptoren.

Diese bemerken, wenn pathogene Effektormoleküle eindringen und lösen die pflanzliche Immunantwort aus. Dabei kommt es häufig zum Absterben der befallenen Pflanzenteile.

Eine Gruppe der NLRs, welche eine Toll-Interleukin-1 Rezeptor-(TIR)-Domäne am N-Terminus besitzen, leitet das Immunsignal an das nächste Immunprotein weiter, das Enhanced Disease Susceptibility 1 (EDS1). Weitere kleine TIR-Proteine leiten ebenso Signale an EDS1 weiter.

Das Immunprotein wirkt wie ein Enzym, das die Immunreaktion katalysiert, indem es nun mit weiteren Proteinen einen Komplex bildet. Diese EDS1-Komplexe hemmen das Wachstum der Krankheitserreger oder lassen die befallenen Pflanzenzellen absterben.

Bisher war unbekannt, welche Botenstoffe durch die TNL-Enzyme und TIR-Proteine produziert werden. Die Kölner MPI-Forscher stellten fest, dass sich die EDS1-Proteinkomplexe erst zusammenlagern, wenn die TNL-Enzyme durch den Befall von Schaderregern aktiviert werden. Die Forschungsgruppe um Junbiao Chang von der Zhengzhou-Universität in Zhengzhou und Zhifu Han von der Tsinghua-Universität in Peking konnte die kleinen Moleküle charakterisieren, indem sie diese im Insektenmodell in ausreichend großer Mengen exprimierte.

Die Forscher identifizierten zwei Klassen von Nukleotidmolekülen, welche bisher unbekannt waren. Diese wirken als Botenstoffe und werden von den TNLs und TIRs produziert, die  die Zusammenlagerung der großen immunoaktiven EDS1-Proteinkomplexe einleiten.

"Die identifizierten TIR-katalysierten kleinen Moleküle können als natürliche Immunstimulanzien zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten eingesetzt werden ", erklärt Jijie Chai.

Jane Parker meint dazu, dass "die Kenntnis der biochemischen Wirkungsweise dieser kleinen Moleküle ein ganz neues Kapitel für die Steuerung der Pflanzenabwehr und Schaderreger-Kontrolle eröffnet".