Wie erkennt eine Pflanze ihre Feinde?

News: Wie erkennt eine Pflanze ihre Feinde?

Auf eine Infektion durch Mikroorganismen oder Fraßschäden durch Insekten reagieren viele Pflanzen mit charakteristischen Abwehrmechanismen. Eine typische Reaktion ist die Freisetzung von Duftstoffen (Kairomonen) mit dem Ziel, andere Pflanzen über weite Distanzen vor der Gefahr zu warnen oder sogar Fraßfeinde der Angreifer anzulocken. Als einen Auslöser für die Abwehrmechanismen haben Wissenschaftler nun die in Pilzen vorkommenden Peptaibole identifiziert. Die Substanzen wirken als so genannte Kanalbildner, das heißt, sie verändern die Durchlässigkeit der Membran.

Wie eine Pflanze eine feindliche Invasion erkennt, ist bisher nur unvollständig erforscht. Offenbar registriert das Opfer chemische Substanzen, die der attackierende Organismus ausscheidet. Am Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie, Jena, hat man dem Puzzle nun ein weiteres Teil hinzugefügt: Niedermolekulare peptidische Antibiotika aus Pilzen, so genannte Peptaibole, könnten eine Rolle bei der Auslösung von pflanzlichen Abwehrmechanismen spielen (Angewandte Chemie vom 15. Mai 2000).

Als Modellorganismus dienten der Forschertruppe um Wilhelm Boland frisch geschnittene Triebe der Limabohne, die in eine Lösung des Peptaibols Alamethicin gestellt wurden. Bereits nach drei Stunden begann eine deutliche Emission des Pflanzenhormons Ethylen.

Außerdem setzten die behandelten Triebe einen charakteristischen Cocktail aus verschiedenen Duftstoffen frei. Dieses Duftprofil wird in der Limabohne normalerweise als Antwort auf eine Vorstufe des Phytohormons Jasmonsäure gefunden. Verläuft die Anregung der Duftemission durch Peptaibole über eine Aktivierung von Phytohormonen? In der Tat wurde in den Trieben ein erhöhter endogener Gehalt an Jasmonsäure gefunden.

Jasmonsäure stimuliert in Pflanzen unter anderem die Krümmung von Ranken. Diese Reaktion konnten die Forscher an Peptaibol-behandelten Trieben von Zaunrübe und Erbse beobachten.

Wie kommt es zu den Reaktionen auf Peptaibole? Peptaibole bilden spiralförmige Strukturen, die sich in Zellmembranen einlagern. Lagern sich mehrere Spiralen zusammen, entstehen Kanäle oder Poren, die die Durchlässigkeit der Membran verändern – und damit den Ionengradienten zwischen der Zelle und ihrer Umgebung absenken (Membran-Depolarisierung). Membran-Depolarisierungen setzen Kaskaden der zellulären Signalübertragung in Gang, an deren Ende zum Beispiel die Biosynthese von Phytohormonen stehen kann.

Kanalbildner spielen offenbar aber nicht nur eine Rolle bei der Erkennung des Pilzbefalls einer Pflanze: Auch in den Speichelsekreten pflanzenfressender Insekten haben die Forscher porenbildende Substanzen gefunden. Boland vermutet, dass auch sie wesentlich an der Auslösung pflanzlicher Abwehrreaktionen beteiligt sind.