Forscher der UZH entschlüsseln Signalübermittlung für Immunrezeptoren

Pflanzen besitzen ähnlich wie Säugetiere ein Immunsystem. Bei Pflanzen sind es zwei Typen von Rezeptoren, dank denen die Schaderreger entdeckt werden. Forscher aus Köln haben zusammen mit Teams der Universitäten Zürich und Jena jetzt entschlüsselt, wie ein spezieller Rezeptor die Immunabwehr auslöst. Die Resultate ihrer Studie werden am 21.12.2006 in «Science» publiziert.

Das Immunsystem von Pflanzen funktioniert ganz anders als dasjenige von Säugetieren. Pflanzen weisen beispielsweise keinen geschlossenen Kreislauf auf und spezialisierte Abwehrzellen fehlen. Alle Zellen scheinen gleichermassen befähigt, potentielle Schaderreger zu erkennen und zu bekämpfen. Die Erkennung von solchen Pathogenen beruht dabei auf zwei Rezeptortypen, die durch «fremde« Erregerbestandteile aktiviert werden. Einerseits gibt es die so genannten PAMP-Rezeptoren, die in allen Mikroorganismen vorkommende Moleküle erkennen können. Andererseits existieren die NBS-LRR-Immunrezeptoren, die Virulenzfaktoren erkennen. Dies sind Moleküle, die nur in Pathogenen vorkommen und die Pflanze im Sinne des Pathogens beeinflussen, z.B. eine effiziente Immunabwehr verhindern.

Einem Team aus drei Forschungsgruppen vom Max-Planck Institut für Züchtungsforschung in Köln, der Universität Jena und der Universität Zürich mit Prof. Beat Keller ist ein Durchbruch im Verständnis der molekularen Wirkung eines NBS-LRR-Immunrezeptors in Pflanzen gelungen. Dabei geht es um den MLA-Rezeptor aus Gerste, der Resistenz gegen den Schadpilz Gerstenmehltau vermittelt. Sie haben entdeckt, dass MLA nur im aktivierten Zustand direkt mit einer bestimmten Gruppe von so genannten WRKY-Proteinen interagiert und so vermutlich deren Funktion blockiert. Diese WRKY-Proteine sind negative Regulatoren (Dämpfer) der durch die PAMP-Rezeptoren aktivierten Immunantwort.

Durch die Entdeckung kann nun folgendes Modell entwickelt werden: Bei einer Besiedlung von Gerste mit dem Mehltaupilz werden zunächst PAMP-Rezeptoren aktiviert. Diese induzieren eine schwache Immunantwort, da die WRKY-Proteine aktiv sind. Eine gedämpfte Antwort ist in diesem Infektionsstadium für die Pflanze vernünftig, da die PAMP-Rezeptoren Schadpilze nicht von harmlosen Pilzen unterscheiden können. Im weiteren Verlauf der Infektion werden die pilzlichen Virulenzfaktoren in die Pflanzenzelle eingeschleust und durch MLA erkannt. Erst jetzt weiss die Pflanze mit Sicherheit, dass sie von einem Pathogen angegriffen wird. Die WRKY-Regulatoren werden nun durch MLA inaktiviert und somit die Immunantwort voll entfacht.

Der neue Befund erklärt unter anderem, warum trotz langjährigen, und sehr breit angelegten, genetischen Versuchen keine eindeutigen Komponenten der Signalübermittlung für NBS-LRR Immunrezeptoren gefunden werden konnten: die entdeckte Signalkette hat – im Gegensatz zu PAMP-Rezeptoren – keine Zwischenglieder. Es scheint, dass die erstaunlich kurze Signalübermittlung von NBS-LRR-Immunrezeptoren darauf optimiert worden ist, Pathogenen und deren Virulenzfaktoren möglichst wenig Angriffsfläche zu bieten.

Ein besseres Verständnis der Resistenzantwort von Pflanzen ist sowohl aus wirtschaftlicher wie auch wissenschaftlicher Seite sehr bedeutend. Die neuen Erkenntnisse bilden die Grundlagen für das molekulare Verständnis der pflanzlichen Abwehr gegen Pathogene. Das angewandte Ziel dieser Forschungsrichtung besteht darin Pflanzen zu züchten, die eine dauerhafte und breite Abwehr gegen vielerlei Pathogenarten haben.