Neue molekulare Details der Pflanzenabwehr enthüllt

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Auch Pflanzen müssen sich gegen Angreifer wehren: Hier versucht eine Pilzspore, in eine Pflanze einzudringen. Quelle: Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung

22.02.2008  - 

Pflanzen müssen sich tagtäglich gegen Angriffe von Krankheitserregern wie Pilze, Bakterien oder Viren wehren. Damit sie die Angreifer auch erkennen, muss das pflanzliche Immunsystem zwischen eigenen und fremden Eiweißen unterscheiden. Dies erfolgt meist schon an  der Pflanzenoberfläche. Dieser für die Pflanze überlebenswichtige Mechanismus war bisher kaum erforscht. Wie Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln nun im Fachmagazin Nature (2008, Ausgabe 451, S. 835-840) berichten, brauchen Pflanzen offenbar drei Eiweiß-Bausteine, um einen an der Zellmembran sitzenden Abwehrkomplex zu bilden, der den Angreifer durch gezieltes Ausscheiden von wahrscheinlich giftigen Stoffen abwehrt.

Nicht nur Menschen können sich im Kampf gegen fremde Eindringlinge mit einer körpereigenen Immunabwehr schützen, auch Pflanzen haben ein komplexes und hoch entwickeltes Immunsystem. Allerdings besitzen sie kein zirkulierendes Waffenarsenal an Antikörpern und unterschiedlichen Immunzellen. Stattdessen muss jede einzelne Pflanzenzelle in der Lage sein, einen Krankheitserreger – seien es Bakterien, Pilze oder Viren – beim ersten Kontakt zu erkennen. Dies erfolgt über bestimmte Sensoren, die auf der Oberfläche angesiedelt sind und auf der Basis von speziellen molekularen Mustern zwischen ‚fremd’ und ‚eigen’ unterscheiden können.

In Experimenten an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) haben die Wissenschaftler um Chian Kwon in Zusammenarbeit mit britischen und weiteren deutschen Kollegen herausgefunden, dass offenbar drei verschiedene Eiweiße den so genannten SNARE-Komplex bilden, der über Tod oder Leben der Pflanzen nach Pilzbefall entscheidet. Es ist schon seit längerem bekannt, dass SNARE-Proteine im Inneren der Zelle den Transport von Stoffen mit Hilfe von kleinen Transportbehältern, den so genannten Vesikeln, steuern. Tausende solcher Vesikel ermöglichen eine beständige und geordnete Kommunikation zwischen verschiedenen Kompartimenten einer Pflanzenzelle. Die Stoffe werden durch Verschmelzen der Vesikel mit der Zellmembran frei gegeben. Neue Untersuchungen der Kölner Forscher haben nun ergeben, dass der SNARE-gesteuerte Vesikeltransport auch für die Abwehr von potenziellen Krankheitserregern genutzt wird. Die Wissenschaftler vermuten, dass sich in den Vesikeln ein Gift befindet, mit dem der Angreifer getötet wird.

Das SNARE-Protein PEN und dessen Funktion bei der Abwehr waren den Forschern schon bekannt. Durch Experimente mit Mutanten der Ackerschmalwand, denen jeweils spezifische Proteine fehlten, fanden die Forscher nun zwei weitere Proteine - SNAP und VAMP -, die zusammen mit dem PEN-Protein den dreiteiligen SNARE-Abwehrkomplex bilden. Die große Überraschung: Fällt das VAMP-Protein aus, kann es durch ein chemisch ähnlich gebautes "Ersatz-VAMP" ausgetauscht werden. "Das ist ein zusätzlicher, bisher unbekannter Zellmechanismus", erläutert Chian Kwon. Die beiden austauschbaren VAMP-Proteine erfüllen wichtige Funktionen in einem weiteren Prozess, der das Wachstum von Pflanzenzellen steuert. Offenbar benutzt die Zelle die gleichen Vesikel, in deren Hülle VAMP-Proteine sitzen, für zwei unterschiedliche Zwecke: zum einen für die normalen Transportwege während der Zellstreckung und zum anderen, im Falle des Angriffs von Krankheitserregern, für eine gezielte Abwehr. "Wahrscheinlich wird nur die Fracht der Vesikel für die Abwehrreaktion ausgetauscht", so der Biologe. Interessanterweise kann man SNARE-Proteine auch bei Tieren finden, wo sie ganz ähnliche Aufgaben bei der Steuerung des Vesikeltransports zu erfüllen haben. Dass sich Tier und Pflanze in diesem grundlegenden Abwehrmechanismus so ähnlich sind, überraschte die Forscher am meisten. Sie erwarten, dass man in Zukunft noch weitere Parallelen zwischen dem Immunsystem von Tier und Pflanze finden wird.