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Pflanzenimmunität: Mikroben müssen draußen bleiben

Mikroorganismen nutzen jede Gelegenheit, um in eine Pflanze zu gelangen. Doch die weiß sich zu wehren: Rechtzeitig verriegelt sie Tür und Tor.
Louisa Howard Laden...
Menschen im Mittelalter hatten eine recht einfache Strategie, um sich vor ungebetenen Gästen zu schützen. Sie zogen sich kurzerhand in ihre Burgen zurück, noch schnell das Tor hochgezogen, und schon waren sie vor Angriffen von außen gewappnet. Gleiches Prinzip, nur eine Ebene tiefer und alles ein bisschen kleiner: Auch Pflanzen müssen sich auf irgendeine Weise vor Eindringlingen schützen. Bakterien, Viren, Pilze oder Parasiten versuchen unentwegt in die Pflanze zu gelangen und sich einzunisten.

Doch wie schützt sich eine Pflanze vor den unterschiedlichsten Krankheitserregern? Haben es die Eindringlinge einmal geschafft, ins Innere zu gelangen, erkennt das angeborene Immunsystem der Pflanze mit Hilfe von Oberflächenrezeptoren spezifische molekulare Muster der Mikroorganismen, beispielsweise das Flagellin, einen Grundbaustein der Geißel von Bakterien. Diese Rezeptoren reagieren sofort und leiten eine Abwehrreaktion des Immunsystems ein.

So weit muss es allerdings nicht kommen. Pflanzen sind nämlich schon im Vorfeld darauf aus, kleine Mikroben am Eindringen zu hindern. Dafür haben sie sich ausgeklügelte Mechanismen einfallen lassen: Verdickte Zellwände oder eine wachshaltige Blattoberfläche versperren den meisten Bakterien und anderen Kleinstlebewesen den Zugang.

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Stomata | Mehrere Proteine steuern in den Blättern der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana das Öffnen beziehungsweise Schließen der Stomata. Dadurch ist die Pflanze vor eindringenden Mikroorganismen besser geschützt.
Ein weiteres Abwehrbollwerk, mit dem sich Pflanzen gegen Angriffe von außen schützen können, ist das gezielte Schließen der Stomata an der Unterseite ihrer Blätter. Durch diese kleinen Öffnungen erfolgt normalerweise der Gasaustausch einer Pflanze. Zwei bohnenförmige Schließzellen passen sich perfekt an die klimatischen Bedingungen an und steuern beispielsweise die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid oder die Abgabe von Wasserdampf. Weniger erfreulich ist es, wenn sich auch Bakterien und andere Mikroben den leichten Zugang ins Pflanzeninnere zu Nutze machen.

Und hier kommt wieder ein Teil des angeborenen Immunsystems ins Spiel. Forscher um Gitta Coaker von der University of California in Davis entdeckten nun erstmals, dass ein Komplex verschiedener Proteine zu einem Schließen der Spaltöffnungen führt, sobald ein ungebetener Gast versucht, in die Pflanze einzudringen. Am Modellorganismus Arabidopsis thaliana, der auch bei uns heimischen Ackerschmalwand, untersuchten Coaker und ihre Kollegen das Protein RIN4, das sich an der Zellmembran befindet und schon länger als wichtiger Bestandteil des pflanzlichen Immunsystems galt. Bislang war jedoch nicht bekannt, welche Rolle es hier spielt.

Bei genaueren Untersuchungen kamen die Wissenschaftler jetzt seiner Funktion auf die Spur. Sie identifizierten sechs verschiedene Proteine, die möglicherweise alle von RIN4 reguliert werden. Eins davon, das so genannte AHA1, sitzt auf der Zellmembran und hält üblicherweise die Poren offen.

Sobald RIN4 jedoch einen Eindringling erkennt, rasselt das Fallgitter herunter: AHA1 wird inaktiviert, die Poren schnappen zu. Damit sind die Pflanzen erst einmal vor den Angreifern geschützt.

"Diese Ergebnisse zeigen, wie wichtig die Regulation der Spaltöffnungen bei der Immunantwort von Arabidopsis-Pflanzen ist", erklärt Coaker. "Ob RIN4 und seine assoziierten Proteine die gleiche Rolle in anderen Pflanzenarten spielen, müssen weitere Forschungen zeigen."

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