Neuer biochemischer Signalweg in Pflanzen entdeckt

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Die Abbildung zeigt den Befall von Gersteblättern mit Mehltaupilzen im Vergleich. Das linke Blatt stammt von der Wildtyp-Gerste und ist stark befallen, das Blatt einer Gerstesorte mit einer Mutation im MLO-Gen wird dagegen nicht befallen. Bild: MPIZ | Download

In der neuesten Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature berichten Kölner Max-Planck-Forscher über einen erstaunlichen biochemischen Sonderweg in der Signalerkennung bei Pflanzen. Das von den Pflanzenforschern erstmals funktio-nell charakterisierte MLO-Protein spielt eine entscheidende Rolle bei der Abwehr von Pilzerkrankungen bei Nutzpflanzen (Nature, 28. März 2002).

Mehltau ist eine bei Getreide häufig auftretende Pilzerkran-kung, die immer wieder zu beträchtlichen Ernteeinbußen führt. Nur wenige Getreide-sorten sind dauerhaft widerstandsfähig gegenüber diesem Schädling. Dazu gehören beispielsweise Gerstesorten mit einem Defekt im so genannten MLO-Gen. Das Gen enthält die Bauanleitung für ein Protein, das normalerweise die pflanzliche Abwehr gegenüber dem Pilz unterdrückt. Mutationen im MLO-Gen können nun dazu führen, dass Pflanzen kein oder zumindest nur ein in seiner Funktion gestörtes MLO-Protein ausbilden.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung haben die Wir-kungsweise dieses Proteins untersucht und dabei überraschende Unterschiede zu Molekülen festgestellt, die zunächst einmal aufgrund struktureller Übereinstimmun-gen als verwandt eingestuft worden waren. So hat das Pflanzenprotein zwar nahezu die gleiche Struktur wie tierische Hormonrezeptoren und ist, ebenso wie diese, in der Zellmembran verankert, die Vermutung aber, dass das MLO-Protein im Inneren der Pflanzenzelle auch ähnliche biochemische Reaktionen auslöst wie die Rezeptormole-küle bei Tieren ließ sich nicht bestätigen.

Wie die Gruppe um Paul Schulze-Lefert berichtet, bindet das MLO-Protein nicht, wie erwartet, an so genannte G-Proteine. Der gängigen Lehrmeinung nach wird der erste Schritt der Signalumwandlung im Zellinneren durch eine solche Wechselwirkung von Rezeptor und G-Protein vermittelt. Das G-Protein fungiert hierbei als Signalüberträ-ger und verstärkt gleichzeitig den Reiz.

Wie die Kölner Forscher weiter berichten, bindet allerdings Calmodulin an das MLO-Protein. Dieses im gesamten Tier- und Pflanzen-reich vorkommende Protein spielt im Zellinneren bei der durch Calcium-Ionen vermittelten Signal-übertragung eine zentrale Rolle.

Die Arbeiten, die in Kooperation mit koreanischen Wissenschaftlern entstanden sind, weisen damit auf einen interessanten biochemischen Sonderweg in Pflanzen hin. Sie zeigen, dass trotz ähnlicher Proteinstrukturen in Tier und Pflanze mitunter völlig un-terschiedliche Funktionsmechanismen zum Tragen kommen. Ob und wie sich der Mehltau-Pilz diese besondere Biochemie seiner Wirtspflanze zu Nutze macht, ist für das Verständnis von Krankheitsanfälligkeit bei Pflanzen sicherlich entscheidend.