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News: Tief verwurzelt

Im Pflanzenreich sind unterirdische Beziehungen zwischen Wurzeln und Pilzen sowie Bakterien an der Tagesordnung - kein Wunder, denn bei dieser Lebensgemeinschaft profitieren beide Seiten von dem Tauschhandel wichtiger Substanzen.
Die Wurzeln einer unterirdischen Freundschaft reichen gar nicht so weit zurück: Erst innerhalb der letzten 100 Millionen Jahre gingen Pflanzen aus der Familie der Schmetterlingsblüter (Fabaceae) wie Bohnen, Erbsen und Klee ("Leguminosen") mit besonders begabten Bakterien ein Zweckbündnis ein. Seitdem verfügen sie mit den so genannten Wurzelknöllchen – dem Wohnsitz der Mikroorganismen – gleichsam über eingebaute Lieferanten von gebundenem Stickstoff. Als Gegenleistung für diese Versorgung entlohnt die Pflanze ihrerseits den Gast mit einem ständigen Nachschub an organischen Nährstoffen.

In trauter Eintracht leben und arbeiten auch mindestens 85 Prozent der heutigen Pflanzen mit Pilzen zusammen. Bei dieser als Mykorrhiza bezeichneten symbiotischen Verbindung stellen die verzweigten Pilzgeflechte ihrem Wirt aufgenommene Mineralstoffe zur Verfügung und erhalten im Austausch von Seiten des Partners Kohlenhydrate. Im Gegensatz zu den knotenartigen Anschwellungen der Leguminosen deuten in diesem Fall nur verdrillte Wurzelhaare auf die Lebensgemeinschaft hin. Wie Fossilfunde und genetisches Beweismaterial nahelegen, gingen vermutlich bereits die ersten Landpflanzen Mykorrhiza-Beziehungen ein, die ihnen womöglich bei der Eroberung des neuen Lebensraumes hilfreich waren.

Unabhängig voneinander versuchten nun zwei Forscherteams, molekulare Schlüsselfiguren aufzuspüren, welche das unterirdische Zusammenleben sowie das Tauschgeschäft zu beiderseitigem Nutzen ermöglichen – und wurden fündig. Gabriella Endre und ihre Kollegen von der Hungarian Academy of Sciences identifizierten bei Erbsen- und Luzernepflanzen das Rezeptormolekül, welches dem Wunsch der Knöllchenbakterien stattgibt, sich häuslich niederzulassen. Neben dem als NORK bezeichneten Protein entdeckten sie auch den zugehörigen Genabschnitt, der die entsprechende Bauanleitung in sich trägt [1].

Silke Stracke und ihre Mitarbeiter vom John Innes Centre fanden indes den Rezeptor, der von entscheidender Bedeutung für die Symbiose zwischen Pflanzen und Mykorrhiza-Pilzen ist, und nannten ihn SYMRK [2]. Wie sich überraschenderweise herausstellte, handelt es sich bei NORK und SYMRK nicht etwa um grundverschiedene Moleküle, sondern um ein und dasselbe Protein. Diese Übereinstimmung deutet darauf hin, dass "das genetische Programm zur Zusammenarbeit mit Mikroorganismen tief in das pflanzliche Genom eingebettet ist", erläutert Martin Parniske aus dem Forscherteam.

Und dieses Ergebnis verwundert keineswegs: Für eine Pflanze ist es wesentlich sinnvoller, auf einen althergebrachten Mechanismus zurückzugreifen und ihn zu verändern, um mit stickstofffixierenden Bakterien zu interagieren, als einen völlig neuen Weg zu erfinden. Zusätzlich schützen Proteine wie NORK alias SYMRK Pflanzen vor schädlichen Mikroorganismen. Demnach ist NORK vielleicht daran beteiligt, das Ablesen von Genen zu unterdrücken, die eine Pflanze gewöhnlich bei der Abwehr einer Infektion anschaltet. Ähnliche Proteine finden sich überraschenderweise auch bei Säugetieren als Teil des angeborenen Immunsystems, das bei der Verteidigung gegen unerwünschte Mikroorganismen eingreift.

Wie diese Parallelen nahelegen, hat sich die Fähigkeit zur Bündnisbildung womöglich dereinst aus dem Vermögen herauskristallisiert, Feinde zu identifizieren. In das nun entdeckte Rezeptormolekül setzen die Forscher indes große Hoffnungen. Der offenkundig nächste Schritt besteht darin, die Stickstofffixierung auf nicht symbiotische Erntepflanzen auszuweiten. Doch György Kiss aus dem ungarischen Forscherteam räumt ein, dass es sich hier um ein langfristiges Ziel handelt, denn diese Form der Zusammenarbeit ist ein komplizierter biologischer Prozess.

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