Wie Pflanzen Gefahr riechen
Wie „riechen“ Pflanzen die Gefahr? Diese Frage bildet die Grundlage des EU-finanzierten Projekts PERVOL. „Wenn Pflanzenblätter von einem Insekt angegriffen werden, beginnen sie sofort, ein bestimmtes Gemisch flüchtiger Chemikalien freizusetzen, die wir als flüchtige Stoffe bezeichnen“, erklärt Projektkoordinator Matthias Erb, der zudem Professor am Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität Bern ist. Diese flüchtigen Stoffe werden von anderen Teilen der Pflanze wahrgenommen und veranlassen sie, eine stärkere Reaktion gegen den Angriff aufzubauen. Erb wollte herausfinden, wie Pflanzen diese flüchtigen Stoffe wahrnehmen können. Nutzen sie ähnliche Rezeptoren wie Tiere? Wie setzen sie die wahrgenommenen Anhaltspunkte in Abwehrreaktionen um? „Zu verstehen, wie Pflanzen flüchtige Stoffe wahrnehmen, würde die Grenzen der pflanzlichen Signalforschung verschieben“, sagt er. „Es würde auch den Weg ebnen, um diese Erkenntnisse in potenzielle landwirtschaftliche Anwendungen zu übertragen.“
Grenzen verschieben
Im Rahmen des Projekts PERVOL wurden diese Grenzen mit der Entwicklung eines innovativen Systems zur Entnahme von Proben flüchtiger Stoffe verschoben. Das System kombiniert Robotertechnik, ein maßgeschneidertes Luftstromsystem und ein Protonentransferreaktions-Massenspektrometer. Es wurde mit Unterstützung von TOFWERK, abon LIFE SCIENCES und BIBUS konzipiert. „Unser System ist in der Lage, die flüchtigen Fingerabdrücke von über 100 verschiedenen Quellen gleichzeitig zu erfassen“, erklärt Erb. „Zusammen mit einer zeitlichen Auflösung von weniger als 30 Minuten haben wir einen neuen Standard im Bereich der Erforschung flüchtiger Stoffe in Pflanzen gesetzt.“ Mit diesem System machten sich die Forschenden als Nächstes daran, die genetische Grundlage und die biologischen Folgen der Wahrnehmung flüchtiger Stoffe durch Pflanzen zu ermitteln. „Wir haben herausgefunden, dass Maispflanzen zwei flüchtige Duftstoffe, Indol und Hexenylacetat, in starke und spezifische Abwehrreaktionen integrieren, die ihre Widerstandskraft gegen beißende Pflanzenfresser erhöhen.“ Die Forschenden untersuchten zudem Reispflanzen und fanden heraus, dass Indol den Einsatz der frühen Verteidigungssignalwege der Pflanze, einschließlich eines spezifischen mitogen-aktivierten Kinasewegs, verstärkt. Bei der Wahrnehmung von Indol steigert diese Kinase die Produktion von Jasmonat-Stresshormonen, was letztlich zu einer stärkeren Abwehr führt.
Neue Erkenntnisse über flüchtige Pflanzenstoffe
Im Rahmen des Projekts PERVOL, das vom Europäischen Forschungsrat unterstützt wurde, gelang es, die frühen Signalkomponenten festzustellen, die für die Wahrnehmung von durch Pflanzenfresser verursachten flüchtigen Stoffen in Pflanzen erforderlich sind. „Die Möglichkeit, hochauflösende Screenings von flüchtigen Stoffen über viele Pflanzen hinweg durchzuführen, hat uns die Augen für das schnelle und dynamische Wechselspiel geöffnet, das zwischen Pflanzen stattfindet, die flüchtige Signale austauschen“, bemerkt Erb. „Sie bringt außerdem die Forschung auf dem Gebiet der Pflanzenflüchtigkeit voran, indem sie neue Einblicke in die Mechanismen dieses faszinierenden Phänomens gewährt.“ Im Rahmen des Projekts entdeckten die Forschenden eine Reihe neuer Kandidatengene mit unbekannter Funktion, die wahrscheinlich an der Wahrnehmung flüchtiger Stoffe in Pflanzen beteiligt sind und weiter untersucht werden müssen. „Wir planen, den schnellen Austausch von Informationen über flüchtige Stoffe zwischen Pflanzen weiter zu erforschen und unsere Suche nach Mechanismen der Wahrnehmung flüchtiger Stoffe und potenzieller Rezeptoren fortzusetzen“, so Erb abschließend.
Schlüsselbegriffe
PERVOL, Pflanzen, flüchtige Stoffe, Pflanzensignale, Pflanzenwissenschaften, Robotertechnik, Spektrometer
