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Zellwände unterstützen Regulierung der Immunität der Pflanze

Europäische Pflanzenforscher konnten ihren Wissensstand über die Grundfunktionen der pflanzlichen Zellwand und deren Reaktion auf Umweltbelastungen, insbesondere bei der Modulation der angeborenen Pflanzenimmunität, verbessern.
Zellwände unterstützen Regulierung der Immunität der Pflanze
Pflanzen sind ständigem Stress durch Angreifer sowie abiotischen Faktoren ausgesetzt, die ihr Überleben und das ihrer Nachkommen bedrohen. Gut geschützt durch den Einsatz von Abwehrmechanismen zu sein ist jedoch aufgrund der mit derartigen Reaktionen verbundenen Kompromisse nicht immer die beste Strategie zur Bekämpfung von Bedrohungen aus der Umwelt.

Daher haben Pflanzen etliche Methoden zur Überwachung von Veränderungen in ihrem Wachstum und ihrer Struktur sowie zur Auslösung einer spezifischen Reaktion entwickelt. Einer dieser Mechanismen, die sogenannte Zellwandintegrität (cell wall integrity, CWI oder WALLIN), betriftt die Zellwand, eine äußerst dynamische und komplexe Struktur, welche die pflanzlichen Zellen vor Bedrohungen von außen schützt. Sie trägt außerdem zur Regulierung von Wachstum und Entwicklung der Pflanze bei.

Studien haben die Existenz eines CWI-Erhaltungsmechanismus belegt, der viele verschiedene Quellen der Signalisierung zu einem allumfassenden übergreifenden Signalisierungssystem vereint. Das von der EU finanzierte Projekt SIGNWALLING (Plant immunity regulated by cell wall integrity) erkundete einige der CWI-vermittelten Mechanismen der Pflanzenresistenz gegen Krankheitserreger und lüftete einen Teil des Geheimnisses um deren molekulare Basis.

Die Forscher überwachten Zellwandmodifikationen bei 30 Mutanten der Arabidopsis thaliana unter Einsatz von Fouriertransformations-Infrarotspektroskopie, um Polymere und funktionelle Gruppen zu erkennen sowie Informationen über deren Organisation bereitzustellen. Man modellierte die generierten Daten, woraus sich die Bedeutung einer Handvoll Zellwandepitope bei der Regulierung der Phänotypen der Pflanzenresistenz ableiten ließ.

Es wurden zwei Zellwandmutanten gemäß dem Vorhersagemodell ausgewählt und die molekulare Basis der bei ihnen vorgefundenen wandvermittelten Resistenz wurde charakterisiert. Zudem wurden mehrere chemisch extrahierte Wandfraktionen weiterführend chromatografisch gereinigt und auf ihre Fähigkeit zur Aktivierung der vom Muster ausgelösten Immunität hin getestet.

Die immunaktiven Komponenten erwiesen sich als Kohlenhydrate. Daher wurden Monosaccharid- und Glycosid-Bindungsanalysen durchgeführt, um die Struktur dieser aktiven endogenen Moleküle zu erforschen, die als schadensassoziierte molekulare Muster (Damage-Associated Molecular Patterns, DAMP) bekannt sind.

SIGNWALLING wird die neuartigen Kohlenhydrat-DAMP-Strukturen weiterführend untersuchen, um deren Vermögen zum Schutz von Pflanzen vor Krankheitserregern zu bestimmen. Diese Anstrengungen werden zweifellos neuartige Forschungsrichtungen auf Grundlage einer möglichen Remodellierung der pflanzlichen Zellwand eröffnen.

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Schlüsselwörter

Zellwände, Immunität der Pflanze, Zellwandintegrität, SIGNWALLING, Pflanzenresistenz
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