Teamarbeit gegen Krankheitserreger

Proteinduo sorgt für eine sichere Abwehrreaktion

09.09.2014 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Pflanzen nutzen ein zweistufiges Abwehrsystem, um Krankheitserreger abzuwehren. Im Bild sind die Sporen des Reisbrands zu sehen, dem bedeutendsten Schädling der Reispflanze. (Bildquelle: © Donald Groth/ USDA Forest Service/ Wikimedia.org/ CC0 1.0)
Pflanzen nutzen ein zweistufiges Abwehrsystem, um Krankheitserreger abzuwehren. Im Bild sind die Sporen des Reisbrands zu sehen, dem bedeutendsten Schädling der Reispflanze. (Bildquelle: © Donald Groth/ USDA Forest Service/ Wikimedia.org/ CC0 1.0)

An essentiellen pflanzlichen Abwehrreaktionen können ein, aber auch mehrere Proteine beteiligt sein. Wie sich ein Abwehrprotein-Duo die Arbeit teilt und welche Vorteile das für die Pflanze bringt, konnten Wissenschaftler nun zeigen.

Pflanzen besitzen ein ausgeklügeltes Abwehrsystem, das sie gleich zweifach vor Krankheitserregern schützt. Ein erstes System ist darauf ausgelegt, von Mikroorganismen stammende, molekulare Muster zu erkennen. Diese Arbeit leisten die sogenannten Mustererkennungs-Rezeptoren, die hauptsächlich in der Plasmamembran der Zellen verankert sind. Ähnlich wie das menschliche Immunsystem sorgen diese Rezeptoren dafür, dass körperfremde Zellen erkannt werden.

Sicherheitslücke beseitigen

Manche Krankheitserreger haben sich jedoch bereits so gut angepasst, dass sie in der Lage sind, diesen ersten Abwehrschritt zu umgehen. Dazu sondern sie meist Proteine ab, die diesen Abwehrschritt lahmlegen. Dann muss die Pflanze auf „Plan B“ zurückgreifen, bei dem sie mit Hilfe von Resistenz-Proteinen die Effektor-Proteine des Krankheitserregers erkennt. Ist das geschehen, kommt es zu einer starken Immunantwort, die oft zu einem lokalen Absterben infizierter Pflanzenteile führt.

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Das pflanzliche Abwehrsystem lässt bei einem Befall mit Krankheitserregern Teile der Pflanze absterben, um die Ausbreitung des Schädlings zu verhindern.

Das pflanzliche Abwehrsystem lässt bei einem Befall mit Krankheitserregern Teile der Pflanze absterben, um die Ausbreitung des Schädlings zu verhindern.

Bildquelle: © 7monarda / Fotolia.com

Die meisten Resistenzproteine gehören zur Familie der Nukleotid-bindenden und Leucin-reichen Proteine. Auf welchen molekularen Mechanismen ihr Abwehreffekt beruht, ist bisher noch nicht genau verstanden. Bei ausgewählten Resistenzproteinen konnten Wissenschaftler jedoch einzelnen Proteindomänen bereits bestimmte Funktionen zuordnen.

Zwei Abwehrproteine…

In vielen Pflanzen genügt bereits ein Resistenzprotein, um einen Schädling zu erkennen und eine Abwehrreaktion in Gang zu setzen. Im Jahr 2004 beobachteten Wissenschaftler in Arabidopsis thaliana-Pflanzen, die gegen den Schädling Hyaloperonospora parasitica kämpften, erstmals, dass für diesen Vorgang auch zwei dieser Proteine zu Einsatz kommen können. Auch in Weizen, Gerste, Reis und Melone wurde das Phänomen später beschrieben. Warum manche Pflanzen zwei Resistenzproteine zur Abwehr einsetzen und wie diese beiden Proteine miteinander interagieren, war bisher weitgehend unbekannt. Wissenschaftler konnten anhand des Reisbrands (Magnaporthe oryzae), dem bedeutendsten Schädling der Reispflanze, dazu nun erste Erklärungen liefern. Ihre Untersuchungen führten die Forscher sowohl an Reispflanzen als auch an der Modellpflanze Nicotiana benthamiana durch.

…in Teamarbeit

„Es sieht so aus, als habe die Evolution bei Pflanzen mit zwei Resistenzproteinen für Arbeitsteilung gesorgt. Ein Protein erkennt den Schädling, das zweite bringt die Abwehr in Gang“, schreiben die Wissenschaftler. Bei Reis heißen die beiden kooperierenden Proteine RGA4 und RGA5. Die Versuche der Forscher zeigten, dass RGA5 den durch RGA4 gesteuerten Zelltod offenbar blockiert, solange keine Effektorproteine von Schädlingen vorhanden sind. Sobald diese jedoch von RGA5 erkannt und gebunden werden, darf RGA4 wieder seiner Aufgabe nachgehen und eine Abwehrreaktion initiieren. Ob diese Art der Arbeitsteilung auch bei anderen Abwehr-Duos auftritt, sollen zukünftige Versuche klären.

Sicherheit geht vor

Warum aber nutzen manche Pflanzen für Abwehr zwei Proteine anstatt nur einem? Grund könnte ein Sicherheitsaspekt sein: „Das RGA4-RGA5 System beinhaltet einen konstitutiv aktivierten Zelltod-Aktivator. Wird dieser nicht richtig kontrolliert, kann das für die Pflanze gefährlich sein“, schreiben die Studienautoren. Das zweite Protein dient also als Wächter über das erste, das die Pflanze vor einer fehlausgelösten, grundlosen Selbstzerstörung bewahrt.

Proteinduos mit Abwehrfunktion kommen nicht nur bei Pflanzen vor. Auch bei Säugern gibt es ähnliche, strukturverwandte Abwehrsysteme - ein bemerkenswerter Aspekt, wenn man bedenkt, dass Evolutionsbiologen von einer getrennten Entwicklung der Immunantworten bei Tier und Pflanze ausgehen. Sicherheit geht vor.

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