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News: Ein bisschen Reis und ein bisschen Ackerschmalwand

Das Genom der Ackerschmalwand Arabidopsis - das Lieblingskind der Pflanzengenetiker - ist zwar schon vollständig sequenziert. Doch mit diesem Wissen alleine kann man nicht viel anfangen, denn über die molekularen Mechanismen im Pflanzeninneren ist den Forschern bisher nur wenig bekannt. Um den im Dunkeln liegenden Teil der Signalkette ans Licht zu bringen, haben sie nun einen raffinierten Trick angewendet: Sie hefteten Stücke von zwei Proteinen mit unterschiedlichen Aufgaben zusammen. Während ein Teil aus der Ackerschmalwand stammt und hier am Wachstumsprozess beteiligt ist, hat die zweite Hälfte ihren Ursprung im Abwehrsystem der Reispflanzen. Mit dieser Methode will man den pflanzlichen Signalstoffen auf die Schliche kommen und ihre unbekannten Wege in den Pflanzen verfolgen.
Obwohl das Genom der Blütenpflanze Ackerschmalwand und das der Reispflanze vollständig sequenziert sind, wissen Pflanzenphysiologen bisher wenig über die molekularen Mechanismen im Pflanzeninneren. Joanne Chory und ihre Kollegen vom Howard Hughes Medical Institute suchen nach Pflanzenproteinen, die Nachrichten aus dem Außenmedium ins Zellinnere übermitteln. Die so genannten Rezeptor-Kinasen sind spezielle Enzyme, die in der Zellmembran sitzen. Jeweils ein Teil ragt ins Zellinnere, während der andere den Kontakt zum Außenbereich der Zelle herstellt. Ein mobiler Signalstoff heftet sich an den äußeren Proteinanteil und gibt die Information ins Zellinnere weiter, ohne selbst die Membran zu passieren. "Es gibt wahrscheinlich mehr als 300 Rezeptor-Kinasen, und im Allgemeinen sind wir ahnungslos über ihre Funktion", sagt Chory. Auch über die Hormone, die an die Rezeptoren andocken, weiß man bislang wenig.

Die Forscher um Chory wählten aus der Ackerschmalwand Arabidopsis den extrazellulären Abschnitt einer speziellen Rezeptor-Kinase mit Namen BRI1. Bei dem Enzym handelt es sich wahrscheinlich um die Andockstelle für das Wachstumshormon Brassinolid. Dieses Molekül könnte nach Ansicht einiger Wissenschaftler eine zentrale Rolle bei der Reaktion von Pflanzen auf Licht spielen. Da die Wirkung von Brassinolid zu keinem gut messbaren Ergebnis führt, koppelten die Forscher den äußeren Teil der Rezeptor-Kinase an die zellinterne Domäne des Rezeptors XA21 aus der Reispflanze. Dessen natürliche Aufgabe bestand darin, die Infektionsabwehr anzukurbeln. Wird die Pflanze von dem Bakterium Xanthomonas oryzae pv. oryzae infiziert, setzt sie sich zur Wehr. Sie aktiviert "Abwehrgene", tötet die befallenen Zellen und produziert Wasserstoffperoxid, das für die Bakterien tödlich ist. Chory fusionierte die Gene beider Rezeptoren und brachte die Chimäre anschließend in die Reispflanze ein. Werden diese Pflanzen mit dem Wachstumshormon aus der Ackerschmalwand behandelt, startet die Abwehrreaktion. So als ob die Pflanze mit dem Bakterium in Kontakt gekommen wäre.

"Während das Erreichen einer solch messbaren Signalantwort in der Zellkultur für unsere Kollegen, die mit tierischen Zellen arbeiten, zum Standardrepertoire gehört, ist es in der Gemeinschaft der Pflanzenforscher eine große Neuigkeit", sagt Chory. Mit Hilfe dieser Methode könnten Biologen unbekannte Wechselwirkungen zwischen Rezeptor und Bindungspartner aufklären. Chorys Kollegen von der University of California in Davis wollen jetzt die Widerstandsfähigkeit der Reispflanzen mit dem neuen Rezeptor erhöhen. Die Abwehrmechanismen könnten bei Bedarf angeschaltet werden, indem man die Pflanzen einfach mit dem Wachstumshormon ansprüht.

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