Tatsächlich haben Pflanzen – weil sie nicht weglaufen können – im Laufe der Evolution zahlreiche ausgeklügelte Abwehrmechanismen entwickelt, um Angreifern das Leben schwer zu machen. Mit diesen haben sich Forschende der Universität Hohenheim in Stuttgart beschäftigt. Bekannt war schon, dass Pflanzen bei Verwundung durch Fressfeinde das Signalpeptid Systemin freisetzen. Das Forscherteam hat nun untersucht, wie das Systemin-Signal in den Zellen von Tomatenpflanzen verarbeitet wird. Eine Schlüsselrolle spielt dabei offenbar ein Enzym mit dem bemerkenswerten Namen „Poltergeist-like Phosphatase“ (PLL2). Es wird durch das Systemin-Signal aktiviert und ist für zielgenaue Abwehrreaktionen verantwortlich.

Signalmoleküle lösen Kaskade an Abwehrreaktionen aus

Besonders interessant war für die Wissenschaftler, wie die Pflanzen erkennen, mit welchen Schädlingen sie es zu tun haben. Denn, so erklärt es Professor Dr. Andreas Schaller: „Für die Pflanze ist es wichtig zu wissen, ob es sich um Bakterien, Pilze oder Insekten handelt. Denn entsprechend unterschiedlich muss ihre Reaktion ausfallen“. Bei Insektenbefall beispielsweise produzieren Pflanzen Substanzen, die gezielt die Verdauung beeinträchtigen, sodass die Angreifer die aufgenommenen Nährstoffe nicht verwerten können – und den Appetit verlieren.

Die Pflanzen erkennen den Insektenbefall oft an speziellen Molekülen aus dem Speichel der Tiere, woraufhin sie eine ganze Kaskade an Abwehrreaktionen starten. Das bereits erwähnte Signalmolekül Systemin nimmt dabei eine Schlüsselposition in der Abwehr ein: Es wird von den Pflanzenzellen nur produziert, wenn Raupen an den Blättern fressen, nicht aber, wenn andere Ursachen die Pflanze schädigen.

Die Hohenheimer Forschergruppe konnte nun erstmals zeigen, wie das Systemin-Signal in der Zelle verarbeitet wird: Hier kommt jetzt die „Poltergeist“-Phosphatase PLL2 ins Spiel. Sie wird durch das Systemin-Signal aktiviert und hemmt daraufhin durch Abspaltung einer Phosphatgruppe Protonenpumpen in der Zellmembran, die den pH-Wert regulieren. Die Umgebung der Pflanzenzellen wird alkalischer. Dieser Anstieg des pH-Werts verändert die elektrische Spannung an der Zellmembran und es werden Gene aktiviert, die für eine gezielte Abwehr wichtig sind. Der Vergleich mit genveränderten Mutanten von Tabak und Tomate, denen die PLL2-Phosphatase fehlte, ergab dann auch: Jene produzierten deutlich weniger Abwehrstoffe, sodass die Fressfeinde ordentlich an Gewicht zulegten.

Professor Schaller erhofft sich von den Forschungsergebnissen neue Anstöße für die Züchtung. Das Verständnis der Regulationsmechanismen soll dabei helfen, die natürlichen Abwehrmechanismen der Pflanzen zu verstärken.

Quelle: idw-online