Neueste Erkenntnisse über pflanzliche Abwehrmechanismen - Artikel in Science Advances

Molekulare Biotechnologie /

Eine aktuelle interdisziplinäre Studie unter Federführung von Dr. Alexandra Furch von der Universität Jena, in Zusammenarbeit mit apl. Prof. Gundula Noll und Prof. Dirk Prüfer am Fraunhofer IME in Münster und weiteren Experten untersucht, wie Pflanzen die Wahrnehmung von Krankheitserregern in elektrische Signale umwandeln und dadurch lokale sowie systemische Abwehrreaktionen auslösen. Überraschenderweise deuten die Ergebnisse darauf hin, dass strukturelle Phloemproteine, die bisher vor allem mit dem Verschluss der Siebplatten nach Verletzungen assoziiert wurden, möglicherweise auch an der Signalübertragung beteiligt sind.

Das Forschungsteam analysierte Blätter von Arabidopsis thaliana und Vicia faba und beobachtete, dass die Dichte des Pathogenrezeptors (FLS2) in der Epidermis und im Gefäßparenchym besonders hoch ist, während sie im Mesophyll niedrig und in den Siebelementen (SEs) nicht vorhanden ist. Kurz nach der Erkennung des mikrobiellen Moleküls (flg22) traten doppelte zytosolische Ca2+-Spitzen auf, die mit Spannungsverschiebungen von der Epidermis bis zu den SEs korrelierten. Diese elektrischen Signale äußern sich als schnelle Aktionspotentiale (APs) mit langer Reichweite oder als langsamere Variationspotentiale (VPs) mit kurzer Reichweite. Der erhöhte Ca2+-Einstrom in Verbindung mit den VPs führte zu einem vorübergehenden Siebelement-Verschluss in der Nähe des flg22-Rezeptors, ein Phänomen, das bei Knockout-Mutanten nicht beobachtet wurde. Die Doppel-Knockout-Mutanten (Atseor1/2) zeigten im Vergleich zu den Wildtyp-Pflanzen eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber dem bakteriellen Pathogen Pseudomonas syringae, was die Bedeutung des Siebelement-Verschlusses für die pflanzliche Pathogenabwehr unterstreicht.

 

Furch ACU, Zimmermann MR, Noll GA, Wrobel LS, Scholz SS, Buxa-Kleeberg SV, Hafke JB, Fliegmann J, Mithöfer A, Ehlers K, Haufschild T, Nötzold J, Koch AM, Grabe V, Teutemacher F, Maaß J-P, Prüfer D, Oelmüller R, Peiter E, Kogel K-H, van Bel AJE (2025)
Transformation of flg22 perception into electrical signals decoded in vasculature leads to sieve tube blockage and pathogen resistance
Science Advances DOI