Doppelte Sicherheit gegen Stress

Dass Jasmonsäure bei einem Angriff die Abwehr von Pflanzen ankurbelt, ist schon lange bekannt. Nun konnten Wissenschaftler zeigen, dass es noch eines weiteren Stoffs, der Inositolpyrophosphate bedarf, um Angriffe abzuwehren. Ein Duett das Sinn macht.

Pflanzen sind fest an ihren Standort gebunden. Kommt es zu Attacken, müssen sie an Ort und Stelle reagieren. Gleichzeitig konkurrieren sie am Standort mit ihren unmittelbaren Nachbarn um Raum, Wasser, Licht und Nährstoffe. Denn nur mit diesen Elementen kann eine Pflanze wachsen und so ihr Überleben und ihre Fortpflanzung sichern. Das eigene Wachstum einzustellen oder erheblich zu verlangsamen, bedeutet, im Konkurrenzkampf mit den anderen zurückzufallen, womöglich überwachsen oder beschattet zu werden. Daher sorgt der pflanzliche Stoffwechsel dafür, dass möglichst viel Energie der Pflanzen ins Wachstum und die Vermehrung fließen.

Jasmonsäure kurbelt Abwehr an

Wird eine Pflanze jedoch von einem Schädling befallen, tritt das Wachstum in den Hintergrund. Denn dann geht es ums Überleben. Dann verwendet die Pflanze den Großteil ihrer Ressourcen dafür, den Schädling möglichst schnell und möglichst effizient abzuwehren. Damit dieser kräftezehrende, aber lebenswichtige Prozess nur dann abläuft, wenn er unbedingt nötig ist, haben Pflanzen offenbar ein ausgeklügeltes System entwickelt. Nach einer Verwundung bildet die Pflanze eine aktive Form der Jasmonsäure, die für die Freisetzung von Hemm- und Abwehrstoffen gegen die Angreifer sorgt. Die Jasmonsäure gehört zu den Phytohormonen und wirkt bei einer Vielzahl von Pflanzen als Signalstoff bei der Abwehr von biotischem und abiotischen Stress.

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Inositolpyrophosphate müssen dabei sein

Wie Forscher der Universität Tübingen in ihrer aktuellen Arbeit zeigen konnten, ist zur Auslösung des Abwehrmechanismus aber noch eine zweite Substanz unbedingt nötig. Die Pflanze benötigt bei der Schädlingsabwehr einen Stoff aus der Gruppe der Inositolpyrophosphate als Partner.

Vertreter der Inositolpyrophosphate wurden bereits im Jahr 1983 in Zellen der menschlichen Bauchspeicheldrüse entdeckt. Später zeigte sich, dass die Substanzgruppe für vielfältige Stoffwechselprozesse in einzelligen Amöben, tierischen Zellen und Hefen gebraucht wird. Bei Pflanzen sind Vertreter der Inositolpyrophosphate ebenfalls an zahlreichen zellulären Prozessen beteiligt. Dazu gehören beispielsweise die Trockentoleranz, die Reaktion auf große Hitze und die Aufnahme von blauem Licht. Gänzlich geklärt wurden die Wirkmechanismen der Inositolpyrophosphate aber bisher nicht, da noch keine Rezeptoren für diese Substanzklasse entdeckt wurden. Die Tübinger Forscher konnten nun in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana Vertreter der Inositolpyrophosphate nachweisen und aufklären, wo sie im Stoffwechsel der Pflanze gebildet werden. Ähnlich wie bei Menschen und Pilzen sind daran Enzyme namens Inositol-Phosphatkinasen beteiligt.

Beide Substanzen müssen an F-Box Proteinkomplex binden

Durch weitere Untersuchungen mit pflanzenfressenden Insekten und Nekrose auslösenden Pilzen fanden die Forscher heraus, wie Inositolpyrophosphate wirken: Die Pflanze bildet nach einer Verwundung aktive Jasmonsäure, die an einen sogenannten F-Box Proteinkomplex bindet. „Dieser gibt das Signal zur Einleitung von Abwehrmaßnahmen jedoch nur weiter, wenn gleichzeitig Inositolpyrophosphat gebunden wird“, erklärt Studienleiter Gabriel Schaaf.

Das Doppelsignal sei kein unnötiger Umstand, sondern eine sinnvolle Absicherung: „Dadurch wird verhindert, dass die Pflanze vorschnell Abwehrreaktionen auslöst. Denn dies kann das Pflanzenwachstum erheblich beeinträchtigen“, führt Erstautor der Studie, Debabrata Laha, aus, „da Pflanzen mit anderen Pflanzen im ständigen Konkurrenzkampf um Licht und Nährstoffe stehen, muss sorgfältig abgewogen werden, ob und in welchem Ausmaß solche Abwehrrektionen ausgelöst werden.“

Mit ihrer Arbeit haben die Forscher einen wichtigen Beitrag zum Verständnis von Abwehrmechanismen bei Pflanzen geleistet. Denn diese können nur dann in Nutzpflanzen optimiert werden, wenn sie bekannt und verstanden sind.