Ein interdisziplinäres Forschungsteam, bestehend aus Wissenschaftlern der Universität Münster und der Universität Jena, hat bedeutende Fortschritte im Verständnis der pflanzlichen Immunantwort erzielt. Unter der Leitung von Prof. Dr. Gundula Noll und Dr. Alexandra Furch untersuchen sie, wie Pflanzen elektrische Signale nutzen, um sich gegen Krankheitserreger zu verteidigen. Diese Entdeckung könnte eine neue Ära im nachhaltigen Pflanzenschutz einläuten.
Pflanzen verfügen über einen natürlichen Schutzmechanismus, der analog zur Immunantwort bei Tieren funktioniert. Im Gegensatz zu Tieren, die ein zirkulierendes Immunsystem besitzen, reagieren Pflanzen lokal und systemisch auf Bedrohungen. Wenn sie einen Angreifer erkennen, schicken ihre Zellen chemische und elektrische Alarmsignale aus, die sich über das Phloem ausbreiten. Normalerweise für den Nährstofftransport zuständig, spielt das Phloem hier eine entscheidende Rolle in der pflanzlichen Verteidigung.
Der Mechanismus der pflanzlichen Abwehr
Die Studienergebnisse zeigen, dass schädliche Bakterien elektrische Impulse in den Pflanzen hervorrufen, was einem pflanzlichen Nervensystem ähnelt. Ionenkanäle in den Zellmembranen aktivieren Kettenreaktionen, die elektrische Wellen erzeugen. Diese Wellen aktivieren chemische Signale wie Kalzium-Ionen und reaktive Sauerstoffverbindungen. Der Mechanismus wurde bereits in Pflanzenarten wie Acker-Schmalwand und Ackerbohne nachgewiesen und zeigt somit evolutionäre Robustheit.
Pflanzen haben zwei Hauptarten von Abwehrmechanismen. Ersten bezeichnen Forscher als die Mustererkennungs-Immunität, bei der Rezeptoren in der Zellmembran spezifische Mikrobenmoleküle erkennen. Zweitens gibt es die Effektorerkennungs-Immunität, die häufig durch gezieltes Absterben von Zellen am Infektionsort wirksam wird. Diese komplexen Abwehrantworten sind essenziell, um die Pflanze sowohl vor bakteriellen als auch vor pilzlichen Infektionen zu schützen.
Chemische Signalwege und ihre Bedeutung
Ein weiteres zentrales Element der pflanzlichen Immunantwort sind die so genannten Elicitoren, Moleküle, die aus Pathogenen stammen und an Rezeptorproteine in der Plasmamembran der Pflanzen binden. Dies aktiviert mehrere Signalkaskaden, darunter die NADPH-Oxidase, die zur Bildung von reaktiven Sauerstoffverbindungen führt. Diese chemischen Reaktionen in der Pflanze unterstützen die Bildung von Abwehrstoffen wie Saponinen, die vor Infektionen schützen, und fördern die Synthese von Lignin oder Callose, welche physikalische Barrieren darstellen.
Die Forschung konzentriert sich auch auf die Rolle von SEOR-Proteinen, die im Phloem entdeckt wurden und die Immunantwort unterstützen. Dieses Verständnis könnte zukünftige Ansätze zur Manipulation von Pflanzen zur Verbesserung ihrer Widerstandsfähigkeit gegen neue Krankheitserreger bieten, was für den globalen Landwirtschaftssektor von größter Bedeutung ist.
Ein zentrales Ziel der gegenwärtigen Forschungsarbeiten ist die Entwicklung robuster Pflanzensorten, die in der Lage sind, sich selbst gegen neue Bedrohungen zu verteidigen. Experten betonen die Wichtigkeit, die Balance zwischen der Aktivierung der Immunantwort und der Vermeidung von Autoimmunreaktionen zu wahren. Die Erkenntnisse könnten nicht nur für die Pflanzenforschung, sondern auch für praktische Anwendungen im Bereich des Pflanzenschutzes entscheidend sein.
Die Originalarbeit dieser Forschung wird in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht, was dem wissenschaftlichen Diskurs über pflanzliche Immunität neuen Schub geben könnte. Insgesamt zeigt die Forschung, dass der Schutz durch die pflanzliche Immunantwort eine Vielzahl komplexer Mechanismen beinhaltet, die von elektrischen Impulsen bis hin zu tiefgreifenden chemischen Reaktionen reichen.
Dies verbindet sich mit der Erkenntnis, dass Pflanzen, trotz des Fehlens eines adaptiven Immunsystems, über eine hochentwickelte angeborene Immunantwort verfügen, die ihnen erlaubt, resistent gegen verschiedene Pathogene zu sein. Dies alles macht die Forschung zur pflanzlichen Immunantwort zu einem aufregenden und essenziellen Bereich, sowohl für die Wissenschaft als auch für die Landwirtschaft.
