Leibniz-Institut Halle: Leibniz-Institut Halle: Wie Pflanzen mit Stress umgehen

Halle (Saale) - Nährstoffmangel, Krankheitserreger und Temperaturerhöhung sind Reize, die für Pflanzen Stress bedeuten. Doch diese haben dagegen Methoden entwickelt, die die Forscher des Leibniz-Institutes für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle nun nach und nach entschlüsselt haben. Modellpflanze für die Versuche ist die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), wie beispielsweise Raps ein Kreuzblütengewächs.

So haben die Gruppe um Justin Lee vom IPB und Wissenschaftler der TU München erstmals einen Rezeptor identifiziert, der für die Immunität einer Pflanze verantwortlich ist. Ihre Ergebnisse haben die Forscher im Fachmagazin „Nature Immunology“ veröffentlicht.

„Wir haben lange dafür gebraucht, den Rezeptor zu finden, im Prinzip seit Beginn der Pflanzenforschung“, sagt Justin Lee. Sein Äquivalent im Tierreich ist hingegen schon länger bekannt. Hier sind es Endotoxine, also Zerfallsprodukte von Bakterien im Körper, auf die der Rezeptor reagiert. Der Rezeptor bei Pflanzen reagiert indes auf sogenannte Liposaccharide (LPS) - Moleküle, die aus Fett und Mehrfachzuckern bestehen, die sich auf der Bakterienoberfläche befinden. Treffen LPS auf den Rezeptor, löst dieser eine Immunreaktion aus. Allerdings verändern sich die Krankheitserreger, woran sich Pflanzen wiederum anpassen. „Es herrscht sozusagen Krieg zwischen Pflanze und Erreger“, sagt Lee.

Der Rezeptor kommt jedoch beispielsweise nicht in Tabak, einer weiteren Modellpflanze, vor. Doch auch diese Pflanzen starten Abwehrreaktionen gegen LPS, wenn ihnen der Rezeptor übertragen wird. „Man kann den Rezeptor mittels Gentechnik und Züchtung in Pflanzen einbringen“, sagt Lee. Damit seien perspektivisch neue, resistentere Kulturpflanzen möglich.

Außerdem haben IPB-Wissenschaftler um Steffen Abel herausgefunden, wie Pflanzen auf Phosphatmangel reagieren. Das sei insofern spannend, weil Pflanzen auf diesen - neben Stickstoff - wichtigsten Dünger angewiesen, die Phosphatressourcen jedoch in wenigen Jahrzehnten aufgebraucht seien, erklärt Abel. Ohne Phosphat drohen Ertragseinbußen und verändern die Pflanzen ihr Wurzelwachstum: Statt in die Tiefe zu wachsen, wachsen sie in die Breite, um Phosphat oberflächennah aus verrottendem Material zu ziehen.

„Wir sind dabei auch auf eine Reaktion mit Eisen gestoßen, das in tieferen, mineralischen Schichten vorkommt“, sagt Abel. Das Eisen bewirke, dass Radikale gebildet werden, die eine Art Abwehrreaktion auslösen. Ein Polymer unterbinde die Kommunikation zwischen den Zellen, das Wachstumssignal werde unterbrochen, erklärt Abel. „Wir denken, dass wir damit einen generellen Mechanismus entdeckt haben“, sagt Abel. (mz/cfu)