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Schädlingsabwehr bei Pflanzen Effiziente Schädlingsabwehr – aber nicht vorschnell bitte!

| Autor / Redakteur: Karl Guido Rijkhoek / Dr. Ilka Ottleben

Tübinger Forscher haben ein bei Pflanzen bisher unbekanntes Signalmolekül entdeckt und und seine Funktion bei der Immunantwort der Pflanze zur Schädlingsabwehr aufgedeckt. Demnach ist das Signal zur Einleitung der Schädlingsabwehr in Pflanzen doppelt gesichert. Ein Mechanismus, der im ständigen Konkurrenzkampf der Pflanzen um Licht und Nährstoffe Sinn macht.

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Eine Tübinger Forschergruppe hat ein bei Pflanzen bisher unbekanntes Signalmolekül entdeckt und klärt seine Funktion bei der Immunantwort auf.
Eine Tübinger Forschergruppe hat ein bei Pflanzen bisher unbekanntes Signalmolekül entdeckt und klärt seine Funktion bei der Immunantwort auf.
(Bild: Franco Patrizia; CC0)

Tübingen – Wird eine Pflanze von Fressfeinden wie zum Beispiel Schmetterlingsraupen angegriffen oder von Pilzen, die ihr absterbendes Gewebe verdauen, so schaltet sich ihre Immunabwehr ein. Die Pflanze bildet nach der Verwundung eine aktive Form des Hormons Jasmonsäure, die für die Freisetzung von Hemm- und Abwehrstoffen sorgt. Diese sollen die Schädlinge vom Fressen abhalten oder ihre Entwicklung negativ beeinflussen. Nun hat eine internationale Forschergruppe um Dr. Gabriel Schaaf vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) der Universität Tübingen herausgefunden, dass aktive Jasmonsäure allein nicht tätig werden kann. Sie benötigt bei der Schädlingsabwehr eine Substanz aus der Gruppe der Inositolpyrophosphate als Partner. Die Forscher haben den molekularen Mechanismus des Zusammenwirkens der Signalstoffe aufgeklärt.

Inositolpyrophosphate und Jasmonsäure – bislang unbekanntes Zusammenspiel

Die Inositolpyrophosphate waren bis vor kurzem nur aus den einzelligen Amöben, tierischen Zellen und Hefen bekannt. Sie greifen dort in Funktionen wie Alterungsprozesse und den programmierten Zelltod zur geregelten Entsorgung alter oder schadhafter Zellen ein, regulieren aber auch den Membranfluss in der Zelle. Den Tübinger Forschern ist es gelungen, diese Stoffe in der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), die häufig in der Pflanzenforschung eingesetzt wird, nachzuweisen und deren Biosynthese aufzudecken. Durch Kombination biochemischer, struktureller und molekularbiologischer Methoden konnten die Forscher darüber hinaus den Wirkmechanismus von Inositolpyrophosphaten aufklären: Die Pflanze bildet nach einer Verwundung aktive Jasmonsäure, die an einen sogenannten F-Box-Proteinkomplex bindet. „Dieser gibt das Signal zur Einleitung von Abwehrmaßnahmen jedoch nur weiter, wenn gleichzeitig Inositolpyrophosphat gebunden wird“, erklärt Gabriel Schaaf. Die Regelung des Doppelsignals sei kein unnötiger Umstand, sondern eine sinnvolle Absicherung: „Dadurch wird verhindert, dass die Pflanze vorschnell Abwehrreaktionen auslöst. Denn dies kann das Pflanzenwachstum erheblich beeinträchtigen“, führt Debabrata Laha, Doktorand am ZMBP und Erstautor der Studie, aus, „da Pflanzen mit anderen Pflanzen im ständigen Konkurrenzkampf um Licht und Nährstoffe stehen, muss sorgfältig abgewogen werden, ob und in welchem Ausmaß solche Abwehrrektionen ausgelöst werden.“

Von der Pflanze zum Menschen – F-Box-Proteine häufig von medizinischer Relevanz

Die Aufklärung des molekularen Mechanismus bei der Pflanze könnte auch Hinweise für die Funktion von Inositolpyrophosphaten bei Mensch und Tier geben. „Auch wir Menschen besitzen zahlreiche F-Box-Proteine von zum Teil erheblicher medizinischer Relevanz, deren Funktionsweise nicht vollständig geklärt ist und für die eine Beteiligung von Inositolpyrophosphaten diskutiert wurde“, sagt Gabriel Schaaf.

Originalpublikation: Laha D, Johnen P, Azevedo C, Dynowski M, Weiß M, Capolicchio S, Mao H, Iveng T, Steenbergen M, Freyer M, Gaugler P, de Campos MKF, Zhen N, Feussner I, Jessen HJ, Van Wees SC, Saiardi A, and Schaaf G (2015): VIH2 Regulates the Synthesis of Inositol Pyrophosphate InsP8 and Jasmo-nate-Dependent Defenses in Arabidopsis. Plant Cell, doi:10.1105/tpc.114.135160 [Epub ahead of print]

* Dr. K. G. Rijkhoek: Eberhard Karls Universität Tübingen, 72074 Tübingen

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