Rätsel um Pflanzenhormon gelöst

Entschlüsselung der Salicylsäure-Synthese bietet neue Perspektiven für die Pflanzenzüchtung

05.09.2019 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Vor der synthetischen Herstellung wurde die Salizylsäure aus Weidenrinden extrahiert. (Bildquelle: © Rainer Sturm / pixelio.de)
Vor der synthetischen Herstellung wurde die Salizylsäure aus Weidenrinden extrahiert. (Bildquelle: © Rainer Sturm / pixelio.de)

Salicylsäure ist den meisten vor allem als schmerzstillender Wirkstoff geläufig. Erstmals entdeckt wurde der Stoff in Weidenrinden, wo er dem Baum als Pflanzenhormon zum Schutz vor Viren, Bakterien und Pilzen dient. Wie Pflanzen Salicylsäure herstellen, war Forschern bisher jedoch ein Rätsel. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Göttingen hat nun den Syntheseweg der Salicylsäure in Pflanzen aufklären können. Die Erkenntnisse könnten die Entwicklung ertragreicherer Kulturpflanzensorten vorantreiben.

Salicylsäure ist ein altbekanntes Heilmittel

Im menschlichen Organismus wirkt die Salicylsäure antimikrobiell, schmerzstillend und entzündungshemmend. Schon seit mehreren Jahrhunderten werden deshalb Weidenrindentees und -extrakte als Heilmittel verwendet. Ende des 19. Jahrhunderts gelang es dem Chemiker Felix Hoffmann, eine Variante des Wirkstoffs, die Acetylsalicylsäure, synthetisch und in großen Mengen herzustellen. Aspirin war geboren. Doch auch für Pflanzen ist dieser Stoff eine Art „Heilmittel“ und daher interessieren sich zahlreiche Pflanzenforscher brennend dafür.

Salicylsäure wirkt gegen Stress und kann Pathogene abwehren

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Prof. Ivo Feußner lässt sich den Wachstumsstand der Versuchspflanzen von Dmitrij Rekhter, dem Erstautor der Studie, zeigen.

Prof. Ivo Feußner lässt sich den Wachstumsstand der Versuchspflanzen von Dmitrij Rekhter, dem Erstautor der Studie, zeigen.

Quelle: © Philipp Niemeyer

Studien zeigen, dass Salicylsäure als Phytohormon Pflanzen bei Stresssituationen wie Trockenheit, Hitze oder Kälte schützen kann. Dabei wirkt sie regulatorisch auf bestimmte Enzyme und Gene. Auch bei der Verteidigung gegen Pathogene spielt sie eine Rolle und setzt Abwehrmechanismen wie Apoptose („programmierter Zelltod“) in Gang. Damit ist sie ein wichtiges Steuerelement des pflanzlichen Immunsystems.

Syntheseweg in der Pflanze ist nun nachvollziehbar

Salicylsäure, so vermutet man schon lange, wird in den Pflanzen hauptsächlich aus Isochorisminsäure hergestellt – einem Stoff, der in den Plastiden der Pflanzenzellen gebildet wird. Unklar war den Forschern jedoch bislang, wie die Pflanze Isochorisminsäure zu Salicylsäure umwandelt. Bei der Modellpflanze Arabidopsis thaliana zeigte das Forscherteam nun, dass für die Biosynthese des Phytohormons zwei zusätzliche Proteine notwendig sind: ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY5 (EDS5) und avrPphB SUSCEPTIBLE3 (PBS3). Das Transportprotein EDS5 befördert Isochorisminsäure vom Plastid ins Cytoplasma und das Enzym PBS3 bindet dort Isochorisminsäure an Glutaminsäure. Dieses Produkt zerfällt anschließend spontan in Salicylsäure und einem Nebenprodukt.

Forschung bietet neue Wege für die Pflanzenzüchtung

PBS3 sei das dritte Beispiel aus dieser Enzymfamilie, das an der Biosynthese eines Pflanzenhormones beteiligt ist, erklärt Dr. Ivo Feußner, einer der drei Studienleiter von der Universität Göttingen. „Da diese Biosynthesewege auch in Nutzpflanzen vorkommen, kann unsere Entdeckung die Grundlage für zukünftige Züchtungsstrategien mit dem Ziel einer nachhaltigeren natürlichen Resistenz gegenüber Krankheitserregern bilden.“

Diese Stoffwechselreaktionen seien aber nicht nur einen zentralen Schalter bei der pflanzlichen Immunantwort, sondern steuerten auch das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen wie die Blütenbildung. Die Klärung des Syntheseweges könne daher auch von zentraler Bedeutung für die Züchtung ertragreicherer Kulturpflanzensorten sein. Die Forscher wollen nun diese Aspekte bei Arbeiten an Mais und Raps weiterverfolgen.

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