Defensine für die Fortpflanzung

Bereits vor rund 100 Jahren hat Eduard Strasburger aufgrund von Beobachtungen unter dem Mikroskop erfolgreich die Befruchtung von Pflanzen beschrieben. Seither fragten sich Forscher, wie wohl die unbeweglichen männlichen Spermazellen in der Pflanze den Weg zur Eizelle finden. Wissenschaftler der Universitäten Würzburg und Regensburg sind dem Geheimnis nun auf die Spur gekommen.

Spermazellen werden im Pollenkorn mithilfe von Wind oder Insekten zu anderen Pflanzen übertragen. Dort findet dann die Befruchtung statt. Bei Untersuchungen an Maispflanzen beobachtete das Forscherteam um Prof. Dr. Thomas Desselhaus von der Universität Regensburg gemeinsam mit Pflanzenforschern der Würzburger Universität, dass eine besondere Form von Abwehrproteinen, die sogenannten ZmES1-4-Defensine, vom Eiapparat der Pflanze ausgeschüttet werden. Diese öffnen beim männlichen Geschlechtspartner Kalium-Ionen-Kanäle, wodurch die männlichen Spermazellen explosionsartig in der Nähe der Eizellen freigesetzt werden. Sperma- und Eizellen können sich nun finden, sodass es zu einer Befruchtung kommen kann.

Defensine waren bei Pflanzen bisher als essentieller Bestandteil des Immunsystems bekannt. Diese speziellen Eiweiße wehren eindringende Bakterien ab und zerstören sie. Beim Menschen finden sich Defensine vor allem auf der Haut, wo sie Krankheitserreger, wie Bakterien und Pilze, abwehren. Darüber hinaus sind bei einigen Tierarten Defensiv-ähnliche Proteine in deren Giften enthalten, z.B. bei Schlangen, Skorpionen, Meeresschnecken und sogar bei der Honigbiene. 

Für die Forscher war daher klar, dass die hohen Mengen an Defensiven, die sich in männlichen und weiblichen Geschlechtsorganen der Pflanze finden, dem Schutz der Keimzelle und der sich entwickelnden Pflanze dienen. Die Erkenntnis, dass Defensine maßgeblich an der Befruchtung beteiligt sind, ist noch relativ neu. 2009 hatte eine Regensburger Arbeitsgruppe um Professor Thomas Dresselhaus bereits herausgefunden, dass die Helferzellen, die neben den Eizellen liegen, einen Signalstoff aussenden, der den Pollenschlauch anlockt. Der von den Forschern nun gefundene Signalstoff - ZmES1-4-Defensine – lässt dann den Pollenschlauch in der Nähe der Eizellen platzen.

Die Ergebnisse der Regensburger Forscher lassen nun hoffen, die Barrieren zwischen derzeit noch nicht kreuzbaren Nutzpflanzen zu überwinden. Dieses Ziel könnte zukünftig möglicherweise durch die Beeinflussung der Kalium-Ionen-Kanäle oder der Defensine erreicht werden.

Selbst in die Pflanzenevolution glauben die Wissenschaftler mit den Ergebnissen neue Einblicke erhalten zu haben. Sie deuten an, dass sowohl die ersten Landpflanzen vor etwa 470 Millionen Jahren als auch die ersten Blütenpflanzen vor etwa 170 Millionen Jahren Abwehrmechanismen entwickelt hatten.