Neue Schnittstelle in der Immunabwehr von Wild- und Kulturpflanzen

„NATURE“-Veröffentlichung mit Beteiligung des Gießener Molekular- und Zellbiologen Dr. Ralph Hückelhoven

Die Ergebnisse einer internationalen Kooperation von elf Zell- und Molekularbiologen aus Großbritannien, Dänemark, Deutschland und den USA, die heute unter dem Titel ’SNARE-protein-mediated disease resistance at the plant cell wall’ in der renommierten Wissenschaftszeitschrift NATURE veröffentlich werden, zeigen, dass verschiedene Formen der Krankheitsresistenz oder pflanzlichen Immunität gegen parasitäre Mehltaupilze (Blumeria graminis) sowohl in der Modellpflanze Ackerschmalwand als auch in der Getreidenutzpflanze Gerste konserviert sind. Mit beteiligt an dieser Publikation ist auch der Gießener Molekular- und Zellbiologe Dr. Ralph Hückelhoven vom Institut für Phytopathologie und Angewandte Zoologie am Interdisziplinären Forschungszentrum für Umweltsicherung der Justus-Liebig-Universität.

Die Mechanismen der pflanzlichen Abwehr von Mikroorganismen sind bis jetzt noch kaum verstanden, obwohl in den letzten Jahren enorme Fortschritte bei der Identifizierung der molekularen Grundlagen gemacht wurden. In der Tat weisen Pflanzen gegen die Mehrheit potentieller Krankheitserreger in ihrer Umwelt eine so genannte Basisresistenz auf. Dabei werden die meisten pilzlichen Parasiten bereits bei dem Versuch, in eine Pflanze einzudringen, in ihrer Entwicklung unterbrochen. Allerdings ist noch wenig bekannt darüber, wie die Pflanze es bewerkstelligt, die Pilze daran zu hindern, die Zellwand der Pflanzen zu durchdringen und die Pflanze zu besiedeln.

Auf den Versuch eines Pilzes, die Zellwand zu durchdringen, reagiert die Pflanze mit der Bildung von Zellwandverstärkungen und der Sekretion pilztoxischer Substanzen. Jetzt hat sich gezeigt, dass die Basismehltauresistenz im zweikeimblättrigen Ackerschmalwand und die vom Resistenzgen mlo abhängige Mehltauresistenz in der einkeimblättrigen Gerste auf den gleichen molekularen Grundlagen beruhen – nämlich der Funktion des ROR2/PEN1-Proteins. Da das Protein in der äußeren Zellmembran zu finden ist und sowohl Proteinen ähnelt, deren Funktion in der Ausschleusung oder Sekretion von Zellbestandteilen bekannt ist, als auch mit solchen Proteinen in Wechselwirkung tritt, stellt dieses Protein wahrscheinlich eine zentrale Schnittstelle zwischen Zellinnerem und Zellwand dar. Wahrscheinlich ist es entscheidend an der Sekretion pilztoxischer oder Zellwand verstärkender Substanzen beteiligt. Wenn die Funktion des Proteins durch Mutation gestört ist, kann die Pilz-Infektion nicht mehr in der Zellwand gestoppt werden, und der Parasit dringt in die Pflanzenzelle ein.

Die zellbiologische Expertise von Dr. Ralph Hückelhoven, Institut für Phytopathologie und Angewandte Zoologie am Interdisziplinären Forschungszentrum für Umweltsicherung der Justus-Liebig-Universität Gießen, hat es ermöglicht zu zeigen, dass bestimmte Zellstrukturen, so genannte Vesikel (siehe Abbildung), die wahrscheinlich an der Ausschleusung oder Sekretion von Abwehrkomponenten, wie zum Beispiel Wasserstoffperoxid, beteiligt sind, in resistenten Pflanzen häufiger zu finden sind als in anfälligen Mutanten.

Da bereits heute die ROR2/PEN1-abhängige mlo-vermittelte Mehltauresistenz in vielen kultivierten Sommergersten Europas vorhanden ist, haben die Arbeiten auch agronomische Bedeutung. Mittelfristig könnte das Verständnis der Abwehrmechanismen zur Verbesserung von Resistenzeigenschaften bei Kulturpflanzen beitragen.

Nicholas C. Collins1, Hans Thordal-Christensen2, Volker Lipka3, Stephan Bau3, Erich Kombrink3, Jin-Long Qiu2, Ralph Hückelhoven4, Mónica Stein5, Andreas Freialdenhoven3, Shauna C. Somerville5 und Paul Schulze-Lefert3 SNARE-protein-mediated disease resistance at the plant cell wall, Nature 425: 973-977

1 Sainsbury Laboratory John Innes Centre, Norwich, Norfolk NR4 7UH, UK,
2 Plant Research Department, Risø National Laboratory, DK-4000 Roskilde, Denmark
3 Department of Plant Microbe Interactions, Max Planck Institute for Plant Breeding Research, Cologne D-50829, Germany,
4 Institute of Phytopathology and Applied Zoology Justus-Liebig-University, Giessen D-35392, Germany,
5 Department of Plant Biology, Carnegie Institute of Washington, Stanford, California 94305, USA

Kontaktadresse:

Dr. Ralph Hückelhoven
Institut für Phytopathologie und Angewandte Zoologie
IFZ für Umweltsicherung
Heinrich-Buff-Ring 26-32, 35392 Gießen
Tel.: 0641/99-37494, Fax: -37491
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