Wie eine Infektion bei Pflanzen Alarm auslöst

Pullman (USA) - Auch Pflanzen haben eine Art Immunsystem, um sich gegen Krankheitserreger wehren zu können. So weiß man, dass bei einer Infektion der Spiegel an Salicylsäure in den Zellen ansteigt. Diese Substanz dient als Botenstoff und löst verschiedene Abwehrmechanismen aus. Amerikanische Forscher haben jetzt herausgefunden, wie der Anstieg des Salicylsäurespiegels zustande kommt: Eine Infektion lässt zunächst Kalziumionen in die Zellen einströmen. Diese lagern sich an das Protein Calmodulin an, das dadurch in die Lage versetzt wird, an ein anderes Protein anzukoppeln und dessen Funktion zu blockieren. Dies aktiviert die zuvor gehemmte Salicylsäureproduktion. Allerdings wirkt es sich negativ auf das Wachstum der Pflanze aus, wenn der Spiegel des Botenstoffs über längere Zeit erhöht ist, schreiben die Wissenschaftler im Fachjournal "Nature".

"Pflanzen können bei Gefahr nicht weglaufen. Sie müssen ihr eingebautes Selbstschutzsystem einschalten", sagt B.W. Poovaiah von der Washington State University in Pullman. Dringt zum Beispiel ein Krankheitserreger ein, reagiert die Pflanze auf verschiedene Weise: An der Eintrittsstelle lässt sie Zellen absterben, um ein weiteres Vordringen des Erregers zu erschweren. Gleichzeitig lösen chemische Alarmsignale in der gesamten Pflanze vorsorgliche Abwehrmaßnahmen aus. Dazu zählt die verstärkte Bildung freier Radikale, die eingedrungene Zellen abtöten. Einer der an diesen Alarmreaktionen beteiligten Botenstoffe ist die Salicylsäure. Poovaiah und seine Kollegen untersuchten an der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana), wie die Pflanze bei Gefahr ihre Salicylsäureproduktion ankurbelt.

Sie stellten fest, dass eine Infektion mit dem Bakterium Pseudomonas syringae zunächst zu einem Anstieg des Kalziumspiegels in den Zellen führt. Die Kalziumionen werden von dem Protein Calmodulin gebunden, das sich dann an das Protein AtSR1 anlagert. Dessen genaue Funktion war bisher unbekannt. Genetisch veränderte Pflanzen, die übermäßig viel AtSR1 produzierten, bildeten im Vergleich zu normalen Pflanzen sehr viel weniger Salicylsäure. Sie wuchsen schneller, waren aber generell anfälliger gegen Krankheitserreger. Umgekehrt hatten Pflanzen, denen das AtSR1-Gen fehlte, einen dauerhaft hohen Salicylsäurespiegel. Sie wuchsen langsam, waren aber widerstandsfähiger gegen Infektionen. Weitere Untersuchungen bestätigten die Vermutung, dass AtSR1 unter normalen Bedingungen die Salicylsäureproduktion hemmt. Bei einer Infektion oder unter anderen Stresssituationen wird diese Hemmung durch die Bindung von Kalzium-Calmodulin aufgehoben und der Salicylsäurespiegel steigt. Die neuen Forschungsergebnisse könnten dabei helfen, Methoden zu entwickeln, um die Widerstandskraft von Nutzpflanzen gegenüber Schädlingen zu erhöhen.