Achtung Eindringling!

Der Teufelszwirn (Cuscuta spp.) ist ein Parasit, der seine Wirte umschlingt und in sie mit Saugorganen (Haustorien) eindringt, um an Wasser, Mineral- und Nährstoffe zu gelangen. Viele Pflanzenarten können einen drohenden Befall nicht erkennen, die Ausnahme bilden u. a. einige Tomatensorten. Sie wehren sich aktiv gegen den Parasiten. In Zusammenarbeit mit Forschenden der Universität Tübingen, der Universität Tromsø, der UC Davis und des Sainsbury-Labors in Norwich haben Biologen der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) herausgefunden, woran Tomatenpflanzen den Teufelszwirn erkennen.

CuRe1-Rezeptor erkennt den Teufelszwirn

Pflanzen erkennen einen Angreifer an seiner „Fremdheit“. Sie besitzen auf den Außenseiten ihrer Zellen sogenannte Musterkennungs-Rezeptoren (PRRs), die auf typische Moleküle von Pathogenen und Parasiten reagieren. Wird etwas erkannt, was auf einen potenziellen Angreifer schließen lässt, lösen die Zellen lokale Abwehrreaktionen aus. Dazu gehört beispielsweise die Ausbildung von verholztem Gewebe, um das Eindringen der Saugorgane des Parasiten zu verhindern.

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In früheren Forschungsarbeiten entdeckten die FAU-Biologen, dass Kulturtomaten (Solanum lycopersicum) einen Rezeptor besitzen, der den Teufelszwirn als Eindringling wahrnimmt: Der Cuscuta-Rezeptor 1 (CuRe1). Bisher war allerdings unklar, auf welche Substanz des Teufelszwirns CuRe1 reagiert.

Das GRP-Protein verrät den Parasit

Nun ist es dem Team gelungen, dieser Substanz auf die Spur zu kommen: Der Teufelszwirn besitzt in seiner äußeren Zellwand ein spezifisches Molekül – das „Glycinreiche Protein“ (GRP). Die ForscherInnen vermuten, dass dieses Protein für Stabilität und Flexibilität der Mittellamelle beim Teufelszwirn sorgt. Der Rezeptor der Tomate kann das molekulare Muster des GRP erkennen und stuft ihn als Angreifer ein.

Immunreaktion wird ausgelöst

Aktiviert GRP den CuRe1- Rezeptor, löst dies eine Immunreaktion bei der Tomatenpflanze aus. Dazu gehört u. a. die vermehrte Produktion des Phytohormons Ethylen. Ethylen ist ein zentraler Regulator von Zelltodprogrammen in Pflanzen und hilft bei der Abwehr von Pflanzenpathogenen, indem es die Expression bestimmter Abwehrgene induziert. Außerdem entdeckten sie, dass die Tomate den Stoff Suberin in ihre Zellwand einlagert. Suberin wirkt wie eine zusätzliche Schutzschicht und erschwert das Eindringen der Haustorien des Teufelszwirns.

Forschung für die Züchtung parasitenresistenter Sorten

Bereits 2017 hatten die ForscherInnen das Gen des CuRe1- Rezeptor identifiziert. Das Forscherteam versucht nun, auch für die weiteren Abwehrprozesse der Tomate die relevanten Gene zu finden. Die neuen Erkenntnisse könnten dazu beitragen, auch die Resistenz von anderen Kulturpflanzen gegenüber pflanzlichen Parasiten zu erhöhen.

Quellen:

• Hegenauer, V. et al. (2016): Detection of the plant parasite Cuscuta reflexa by a tomato cell surface receptor. In: Science, Vol. 353, Issue 6298, pp. 478-481, (29. Juli 2016), doi: 10.1126/science.aaf3919.
• Hegenauer, V. et al. (2020). The tomato receptor CuRe1 senses a cell wall protein to identify Cuscuta as a pathogen. In: Nature Communications 11, 5299, (20. Oktober 2020), doi: 10.1038/s41467-020-19147-4.

Zum Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:

• Widerstand zwecklos?- Nein! - Wie einige Pflanzen den Parasiten Teufelszwirn erkennen und bekämpfen
• Die Tricks des Teufelszwirns - Parasit legt Verteidigungsgene seiner Wirtspflanzen lahm
• Outsourcing im Pflanzenreich - Teufelszwirn nutzt Wirtssignale zur Steuerung der eigenen Blüte

Titelbild: Der Teufelszwirn, hier Cuscuta reflexa, ist ein Pflanzenparasit und zapft über spezielle Saugorgane (Haustorien) ungehindert Nährstoffe und Wasser von seinen Wirten ab. (Bildquelle: © flickr/ Tony Rodd / CC0)