Pflanzliches Immunsystem
Auch Fettsäuren sind für die Abwehr wichtig
Gegen Krankheitserreger wie dem Bakterium Pseudomonas syringae schützt die Tomate ihr Immunsystem. Dabei spielen auch Fettsäuren eine entscheidende Rolle. Aber manchmal gewinnt auch das Bakterium (Bildquelle: © Scot Nelson / flickr / CCO).
Das Zuckermoleküle eine wichtige Rolle bei der pflanzlichen Immunabwehr spielen, ist bereits lange bekannt. Jetzt zeigen Wissenschaftler, dass es auch Verbindungen zwischen dem Fettstoffwechsel und der pflanzlichen Verteidigung gibt.
Bakterien der Art Pseudomonas syringae können mehr als 200 verschiedene Pflanzenarten befallen. Darunter sind zahlreiche wichtige Nutzpflanzen, wie Gerste, Sojabohne, Weichweizen und Kartoffel. Daher wird weltweit daran geforscht, Pflanzen bei der Verteidigung gegen diese Bakterien zu unterstützen. Resistente Linien wären ein Traum der Züchtung. Doch bis es so weit kommen kann, muss man zunächst verstehen, wie genau das pflanzliche Immunsystem arbeitet.
Ein internationales Team von Wissenschaftlern aus China und den USA hat jetzt gezeigt, dass auch der Fettsäurestoffwechsel dabei eine Rolle spielt. Im Zentrum ihrer Arbeit steht das Protein ACP1, ein sogenanntes Acyl-Carrier-Protein. Seine Aufgabe ist es, bei der Fettsäure-Biosynthese einzelne Bausteine miteinander zu verknüpfen. ACP1 ist bei Arabidopsis thaliana zum Beispiel verantwortlich für die Produktion von Linolensäure, auch bekannt als C18:3. Diese ist ein direktes Vorläufermolekül des Phytohormons Jasmonsäure, das einen dämpfenden Effekt auf das pflanzliche Immunsystem ausübt.
Besserer Schutz ohne Nebenwirkungen
Um Pflanzen vor Erregern zu schützen, müssen Landwirte oft Pestizide einsetzen. Züchter sind daher ständig auf der Suche danach, wie sie Pflanzen widerstandsfähiger machen können.
Bildquelle: © Erich Westendarp / pixabay
In Pflanzen ohne ACP1 wird folglich weniger Linolensäure und Jasmonsäure gebildet. Einen Einfluss auf Wachstum und Entwicklung der Pflanzen konnten die WissenschafterInnen nicht beobachten. Jedoch waren diese Pflanzen jetzt besser vor dem Bakterium P. syringae pv. tomato geschützt – das trotz seines Namens nicht nur Tomaten, sondern auch Arabidopsis-Pflanzen befallen kann. Denn wo es weniger Jasmonsäure gibt, wird stattdessen mehr Salicylsäure gebildet, die dem pflanzlichen Immunsystem einen Boost verleiht.
Das pflanzliche Immunsystem erkennt Pathogene und aktiviert Verteidigungsreaktionen. Dazu gehören die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies wie H2O2, die Verstärkung der Zellwand und Veränderungen in Hormongehalten. Die acp1-Mutanten zeigten nach Kontakt mit dem Bakterienprotein flg22 oder mit dem Bakterium P. syringae tatsächlich eine viel stärkere Produktion von H2O2 als Pflanzen vom Wildtyp. Außerdem lagerten die Pflanzen ohne ACP1 mehr von dem Zucker Callose in ihre Zellwände ein und dichteten sie damit ab, um sich vor weiterem Keimbefall zu schützen.
Acht Isoformen mit überlappenden Funktionen
Fettsäuren dienen in Pflanzen als Vorläufer für die Ausbildung der Zellwand, Suberin, Cutin oder Wachs und sind essentiell für den Aufbau von Strukturelementen in den Zellen. Wie verkraften die Pflanzen dann den Wegfall von ACP1? Es gibt in Arabidopsis thaliana insgesamt acht Isoformen von ACP. Ein Verlust von ACP1 bleibt vermutlich deshalb ohne negative Folgen für die Pflanzen, weil andere Mitglieder der ACP-Familie die Aufgaben von ACP1 kompensieren können.
„Das Zusammenspiel zwischen Fettsäure- und Lipidbiosynthese mit den für die Verteidigung verantwortlichen Pflanzenhormonen ist bisher noch eine große Wissenslücke“, schreiben die Autoren in ihrem Paper, das im Journal Molecular Plant-Microbe Interactions erschienen ist. Ein wenig haben sie selbst nun diese Lücke gefüllt.
Quelle:
Zhao Z et al. (2022): Involvement of Arabidopsis Acyl Carrier Protein 1 in PAMP-Triggered Immunity. In: Mol Plant Microbe Interact. 2022 Aug;35(8):681-693. doi: 10.1094/MPMI-02-22-0049-R. Epub 2022 Jul 21. PMID: 35343247.
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Titelbild: Gegen Krankheitserreger wie dem Bakterium Pseudomonas syringae schützt die Tomate ihr Immunsystem. Dabei spielen auch Fettsäuren eine entscheidende Rolle. Aber manchmal gewinnt auch das Bakterium (Bildquelle: © Scot Nelson / flickr / CCO).
