Bei wirksamer Pflanzenimmunität arbeiten zwei Abwehrmechanismen Hand in Hand
Pflanzen haben zwei Arten von Immunrezeptoren, um Krankheiten zu erkennen: auf der Oberfläche der Zelle und in ihrem Inneren. Die Rezeptoren auf der Zelloberfläche erkennen von Krankheitserregern stammende Moleküle, die sich zwischen den Pflanzenzellen sammeln. Dies aktiviert die erste Verteidigungslinie der Pflanze, die sogenannte musterinduzierte Immunität. Zellinterne Rezeptoren erkennen bakterielle Effektorproteine, die in die Wirtszellen der Pflanze eindringen, um die Abwehrmechanismen des Wirts zu unterdrücken und das Überleben des Erregers zu sichern. Die in diesem Fall aktivierte Immunität heißt effektorinduzierte Immunität. Bisher hat sich die Forschung auf musterinduzierte Immunität konzentriert, also Immunität durch Rezeptoren an der Zelloberfläche. Die nur von zellinternen Rezeptoren ausgelöste Immunität wurde nur selten untersucht. Auch konnte noch kein klares Bild der Wechselwirkungen zwischen diesen zwei Abwehrmechanismen erkannt werden. Forschende haben nun mit Unterstützung der EU-finanzierten Projekte ImmunityByPairDesign (Design and redesign of a plant immune receptor complex) und PERFECTION (Probing mechanisms of pathogen effector recognition by plant Resistance proteins to elevate defence gene activation) herausgefunden, dass die jeweiligen Immunantworten allein nicht ausreichen, um eine wirksame Abwehr gegen Bakterien aufzubauen. Doch wenn beide Mechanismen zusammen aktiviert werden, werden die Bakterien abgewehrt. Das Forschungsteam gelangte zu dieser bahnbrechenden Erkenntnis, indem es effektorinduzierte Immunität ohne die musterinduzierte untersuchte. Hierfür erstellte es die Modellpflanze Arabidopsis thaliana, auch Acker-Schmalwand genannt. Dann verwendete das Team eine Chemikalie, um die Produktion von Effektorproteinen in der Pflanzenzelle anzuregen. Die Proteine waren die des Erregerbakteriums Pseudomonas syringae. „Ursprünglich wurde das System zur Erzeugung von Effektorproteinen erstellt, um effektorinduzierte Immunität ohne den Einfluss der musterinduzierten Immunität zu untersuchen. Doch die ersten Beobachtungen ergaben keinen Sinn, da effektorinduzierte Immunität allein nicht viel zu bewirken schien. Dann haben wir die musterinduzierte Immunität wieder ins System eingeführt und plötzlich wurde alles klar“, merkt der Forscher Bruno Pok Man Ngou des Projektgastgebers The Sainsbury Laboratory (TSL), Vereinigtes Königreich, in einem Artikel an, der auf der Website des TSL veröffentlicht wurde.
Zwei sind besser als eine
Obwohl die einzelnen Abwehrmechanismen allein keine wirksame Abwehr aufbauen konnten, verstärkten sie sich gegenseitig und boten so eine starke Abwehr gegen den Erreger. Genau bedeutet das, dass, wenn Rezeptoren auf der Zelloberfläche einen Erreger erkennen, mehrere Proteinkinasen und Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid-Phosphat-Oxidasen (NADPH) aktiviert werden – wichtige Elemente der Immunantwort auf Krankheitserreger. Das Team fand heraus, dass, wenn zellinterne Rezeptoren wiederum Erregereffektoren erkennen, sie die Menge der Proteinkinasen und NADPH-Oxidasen durch verschiedene Mechanismen erhöhen. Gleichzeitig wird die hochempfindliche effektorinduzierte Immunantwort, die von den zellinternen Rezeptoren abhängt, enorm durch die Aktivierung der Rezeptoren an der Zelloberfläche verbessert. Der leitende Wissenschaftler Prof. Jonathan Jones, ebenfalls vom TSL, meint: „Es war ein Privileg, mit einem so ausgezeichneten Team von Mitautorinnen und Mitautoren an diesem wichtigen Projekt zu arbeiten. Seit wir vor 15 Jahren den Unterschied zwischen der durch Rezeptoren an der Zelloberfläche und den zellinternen Rezeptoren (muster- und effektorinduzierte Immunität) entdeckten, blieben die Fragen zu Wechselwirkungen und der effektorinduzierten Immunität ohne die musterinduzierte unbeantwortet.“ Diese Arbeit wird das wissenschaftliche Verständnis der Pflanzenimmunität verbessern und bei der Kultivierung stärkerer, krankheitsresistenterer Pflanzen helfen. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht. PERFECTION lief 2018 aus. Das 6-jährige Projekt ImmunityByPairDesign läuft im September 2021 aus. Weitere Informationen: ImmunityByPairDesign-Projekt PERFECTION-Projekt
Schlüsselbegriffe
ImmunityByPairDesign, PERFECTION, Rezeptor, Pflanze, Zelle, Erreger, Immunität, musterinduzierte Immunität, effektorinduzierte Immunität, Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid-Phosphat
