Ein Forschungsteam der Universität Jena untersuchte, wie und wo in Pflanzen die Wahrnehmung eines Bakterienkontakts in elektrische Signale umgewandelt wird. Das Team um PD Dr. Alexandra Furch entdeckte dabei zwei verschiedene Arten elektrischer Wellen, die sowohl lokale als auch systemische Abwehrreaktionen auslösen.

Für die Untersuchungen wurden Blätter der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) und der Ackerbohne (Vicia faba) mit einem bakteriellen Molekül gereizt. Die Immunreaktion der Pflanzen folgte umgehend: Die Pflanzenzellen setzten zunächst Kalzium-Ionen frei, die ihrerseits eine Kettenreaktion in Gang brachten. Der äußere Reiz von den Epidermis-Zellen wurde in Form von zwei unterschiedlichen elektrischen Potenzialen ins Blattinnere weitergeleitet. Erst langsam von den äußeren Epidermis-Zellen zu den weiter innen liegenden Zellen und anschließend schnell – innerhalb von Minuten – entlang der Leitungsbahnen der Pflanze.

Die langsamen Variationspotenziale veranlassten sogenannte Verschlussproteine, die Leitungsbahnen in den Blättern vorübergehend zu verschließen. Bislang wusste man nur, dass diese Verschlussproteine die Leitungsbahnen nach Verletzungen und Stress, etwa Hitze oder Kälte, verstopfen. Das Team konnte nun erstmals nachweisen, dass diese Reaktion auch auf einen biologischen Reiz hin erfolgt, nach dem Kontakt mit schädlichen Bakterien.

Die an den Leitungsbahnen entlangrasenden, schnellen Aktionspotenziale aktivierten die systemische Immunabwehr der Pflanzen. So wird die Produktion des Pflanzenhormons Jasmonat gesteigert, das die Immunantwort von Pflanzen koordiniert, und es werden reaktive Sauerstoffverbindungen freigesetzt, die ebenfalls an der pflanzlichen Immunantwort gegen Krankheitserreger beteiligt sind.

Komplexes Zusammenspiel von Signalen

In ihrer Studie entwickelten die Forschenden schließlich ein Modell, wie das komplexe Zusammenspiel von chemischen und elektrischen Signalen in der Pflanze orchestriert wird, um den äußeren Reiz durch Bakterien-Befall im gesamten Organismus zu verbreiten. „Diese Mischung verschiedener Signale enthält eine Art Code, der im Zielgewebe entschlüsselt wird und eine gezielte spezifische Antwort auf entsprechende Angreifer auslöst“, sagt Studienleiterin Furch. Wie das genau vonstattenginge, müsse allerdings erst noch analysiert werden.

Ansatzpunkt für resistente Nutzpflanzen

Da beide Potenzial-Typen in beiden Pflanzenarten nachgewiesen wurden, nehmen die Wissenschaftler an, dass es sich um ein universelles Muster der pflanzlichen Immunantwort handelt. So hoffen sie, einen Ansatzpunkt gefunden zu haben, die Resistenz von Nutzpflanzen gegenüber Krankheitserregern zu verbessern.

Quelle: Uni Jena