Pflanzen-Immunsystem Immunwächter im Getreidefeld sollen Pflanzen warnen

Die natürlichen Abwehrkräfte von Pflanzen stärken, das wollen Forscher des Helmholtz Zentrums München. Dazu haben sie untersucht, wie sich Pflanzen mithilfe von Duftstoffen vor Gefahr warnen. Das Ziel der Wissenschaftler: Die Sprache der Pflanzen verstehen und deren Immunsystem gezielt in Alarmbereitschaft versetzen. So könnten höhere Erträge gesichert werden.

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Helmholtz Zentrum München - Dt. Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH)

München – Ähnlich wie bei Tieren und Menschen haben auch Pflanzen ein Immunsystem, das sich an frühere Angriffe von Krankheitserregern „erinnert“ und damit die Immunabwehr systemisch verbessert. Zudem profitieren Pflanzen oft von dem Immunwissen ihrer Nachbarn: Sie warnen sich bei drohender Gefahr gegenseitig über flüchtige Botenstoffe per Luftpost. So erhöht die erste angegriffene Pflanze die Chancen der anderen, sich z.B. gegen einen Parasitenbefall oder Krankheitserreger zur Wehr zu setzen.

Nun hat Dr. Corina Vlot-Schuster vom Institut für Biochemische Pflanzenpathologie (Biop) diese luftgetragene Kommunikation zwischen Pflanzen genutzt, um eine Art gezielte Immunisierung einer ganzen Pflanzenpopulation zu erzeugen. Der Modellorganismus war in diesem Fall Acker-Schmalwand (Arabidopsis). Bei der Forschung waren zudem Kollegen der Abteilung Experimentelle Umweltsimulation (EUS) und der kanadischen Mc-Master University beteiligt.

Pflanzliche Flüsterpost

„Eine Stresssituation geht immer mit einer erhöhten Infektanfälligkeit einher“, sagt Vlot-Schuster, Leiterin der Arbeitsgruppe Induzierte Immunität. „Unser Ziel war es, die Pflanzen darauf vorzubereiten, sodass sie möglichst keine Infektion bekommen“. Damit wären Pflanzen wie zum Beispiel Gerste auch für die Anforderungen des Klimawandels besser gewappnet.

Die Forscher kopierten dafür das Verhalten der Pflanzen, flüchtige Botenstoffe als Vorwarnsystem zu nutzen. Im Ergebnis zeigte sich, dass systemische Immunsignale nicht nur innerhalb eines Organismus ablaufen, sondern ebenfalls zu einer Art Flüsterpost zwischen Pflanzen führten. Alle betroffenen Pflanzen aktivierten ihr Immunsystem und entließen ebenfalls flüchtige Botenstoffe. Auf diese Art setzte sich die Information über den Luftweg auch an weiter entfernte Pflanzen fort, sodass zum Beispiel ein ganzes Getreidefeld alarmiert und geschützt werden könnte.

Immunsystem von Pflanzen

So wehren sich Pflanzen gegen Krankheitserreger

Wächter alarmieren die Nachbarschaft

„Die Untersuchungen zeigten, dass es möglich ist, stärkere Abwehrreaktionen bei Pflanzen hervorzurufen und dies wie einen Multiplikator zu nutzen“, sagt Prof. Dr. Jörg-Peter Schnitzler, Leiter von EUS. So wäre es etwa denkbar, einen Bereich innerhalb eines Getreidefeldes mit Wächter-Pflanzen zu bestücken, die flüchtige Warnstoffe verströmen. Dadurch würde sich die Immunität der Nachbarpflanzen um diese „Warninseln“ herum erhöhen und somit ein Großteil der Pflanzen in der Umgebung auf eine Extrem- oder Stresssituation perfekt vorbereitet sein.

„Mit dieser Methode ließen sich Wege finden, um vor allem Nutzpflanzen ohne den Einsatz von Pestiziden für die Herausforderungen des Klimawandels robuster und anpassungsfähiger zu machen“, erläutert Marion Wenig, die Erstautorin der Studie. „Das wird unser nächster Ansatz, um den Ertrag von Nutzpflanzen – im speziellen Getreide – und deren Stabilität zu erhöhen“, fügt Vlot-Schuster hinzu.

Originalpublikation: Marion Wenig et al.: Systemic acquired resistance networks amplify airborne defense cues, Nature Communications Volume 10, Article number: 3813 (2019); DOI: 10.1038/s41467-019-11798-2

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