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News: Pflanzen wissen sich zu wehren

Auch Pflanzen sind nicht vor Bakterien, Viren und Pilzen sicher, doch sind sie jenen Schädlingen keinesfalls wehrlos ausgeliefert. Eine erste Barriere, die es für Krankheitserreger zu überwinden gilt, stellt die dicke Zellwand dar, die lückenlos mit einem wachsartigen Film überzogen ist. Wird diese Hürde überwunden, bleiben den Pflanzen immer noch ihre inneren Verteidigungsanlagen: Über eine komplizierte Signalkabfolge schalten sie die Schlüsselgene ihres "Immunsystems" ein, deren chemische Endprodukte die Eindringlinge offenbar außer Gefecht setzen.
Wie Puzzleteile sind die Epidermiszellen eng miteinander verzahnt und umhüllen die oberirdischen Pflanzenteile. Darauf lagert zusätzlich ein wächserner Überzug, die so genannte Cuticula. Ähnlich unserer Haut isoliert jene Schichtenfolge die Pflanze von ihrer Umgebung und stellt gleichzeitig eine erste Verteidigungslinie gegen physische Schäden und Krankheitserreger dar. Mitunter gelingt es aber Bakterien, Viren oder Pilzen, den dicken "Zellpanzer" zu durchbrechen und beispielsweise durch Wunden in das Pflanzeninnere vorzudringen.

Auch für diesen Ernstfall sind die Pflanzen jedoch bestens gewappnet. Aber welcher Mechanismus auf molekularer Ebene zeichnet sich nach einer Infektion dafür verantwortlich? Nun gelang es Jen Sheen und ihren Kollegen vom Massachusetts General Hospital, einige Rätsel der Funktionsweise zu lüften und folgendes Bild zu entwerfen.

Hat ein pathogener Organismus die äußere Hüllschicht durchdrungen, so wird er gewöhnlich von Rezeptoren aufgespürt, die entweder an der Oberfläche oder im Inneren der Pflanzenzelle sitzen. Einige davon weisen eine Parallele zu anderen Pflanzenrezeptoren auf, die als Leucin-reiche (LRR) Rezeptorkinasen bekannt sind. Sie registrieren das Protein Flagellin in Bakteriengeißeln. Im Flagellin befindet sich wiederum eine stark konservierte Region, die für eine Vielzahl von Pathogenen charakteristisch ist und auch bei Säugetieren eine Immunantwort auszulösen vermag, wie Sheen hervorhebt.

Bindet der pflanzliche Rezeptor das Flagellin, so setzt eine komplexe Folge von zellulären Geschehnissen ein: Der Rezeptor selbst ist an eine Signalkaskade gekoppelt, die vermittelt durch Transkriptionsfaktoren das Ablesen bestimmter Gene steuert. Vor allem regen die Transkriptionsfaktoren die Produktion von bestimmten Signalstoffen an, die ihrerseits eine Reihe weiterer "flussabwärts" liegender Erbanlagen aktivieren. Und diese Schlüsselgene wirken wiederum direkt auf den pflanzeneigenen Abwehrmechanismus ein. Als Endresultat steht der Pflanze offenbar ein Arsenal aus anti-mikrobiellen Proteinen, Enzymen und chemischen Substanzen zur Verfügung.

"Wir haben einen molekularen Schlüsselmechanismus von pflanzlichen Zellen identifiziert", betont Sheen. Der gesamte Prozess ist jedoch eine komplizierte Kette von Ereignissen, den es nun noch genauer zu enträtseln gilt. Zur Zeit erforschen die Wissenschaftler die Gene, die stromabwärts in diese Kaskade eingebunden sind. Basierend auf den neuen Erkenntnissen hoffen die Forscher, einst Pflanzen mit erhöhter Resistenz gegen Ernte-vernichtende Krankheitserreger züchten zu können.

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