Wissenschaftler beleuchten Abwehr-Dilemma bei Pflanzen
Eine neue EU-finanzierte Forschung zeigt: Pflanzen führen einen guten Kampf gegen ihre Feinde, aber innerhalb und zwischen den Arten unterscheiden sie sich darin, wie wirksam ihre Abwehrkräfte sind. Unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Deutschland haben die Wissenschaftler herausgefunden, dass eine Pflanze einer bakteriellen Infektion erliegen kann, während ihr Nachbar ziemlich erfolgreich blüht. Allerdings kann Krankheitsresistenz ihren Preis haben, lautet das Fazit der in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Studie. Unterstützung für die Forschungsarbeit kam aus drei Projekten, die unter dem Sechsten Rahmenprogramm (RP6) der EU finanziert wurden: SY-STEM ("Systems biology of stem cell function in Arabidopsis thaliana (A. thaliana)"), das 2,43 Mio. EUR aus dem Mobilitätsprogramm für Marie-Curie-Forschungsausbildungsnetze (RTN) erhält, AGRON-OMICS ("Arabidopsis growth network integrating OMICS technologies") mit 12 Mio. EUR aus dem Themenbereich "Biowissenschaften, Genomik und Biotechnologie im Dienste der Gesundheit" sowie ARABRAS ("Identifying relevant candidate genes for improving plant growth under abiotic stress conditions in Brassica crops"), das mit 900.000 EUR aus dem ERA-NET (European Research Area Network) "Plant Genomics" unterstützt wird. Pflanzen besitzen die unterschiedlichsten Abwehrmechanismen: Sie können Dornen entwickeln, faulige Gerüche erzeugen und sogar ihr Immunsystem durchstarten, um Bakterien und Viren in Schach zu halten. Aber die Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Pflanzen, die Krankheiten widerstehen können, viel langsamer wachsen und passiver sind als ihre anfälligen Verwandten, wenn sie nicht von Feinden wie Tieren und Mikroben bedroht werden. Zum Beispiel produziert die A. Thaliana - gemeinhin als Ackerschmalwand bekannt - nur ein paar kleine Blätter und wird etwas träge, wenn es keine Feinde gibt. Zusammen mit seinen Kollegen konnte Professor Detlef Weigel von der Abteilung für Molekularbiologie am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie eine Variante des Gens ACD6 (accelerated cell death 6) identifizieren. Dieses Gen spielt eine entscheidende Rolle im Kampf gegen Angreifer und liefert den Pflanzen die Munition, die sie in ihrem Überlebenskampf benötigen. Konkret regt die Genvariante Pflanzen an, in erhöhter Konzentration Chemikalien zu bilden, die entweder direkt für Krankheitserreger giftig sind oder die als Signalstoffe für die Immunantwort dienen. "Mit einer Kombination eines 'Forward-Genetik'-Ansatzes und genomweiten Assoziationsstudien demonstrierten wir, dass allelische Vielfalt an einem einzigen Locus, ACD6, markierte pleiotrope Unterschiede sowohl beim vegetativen Wachstum als auch bei der Resistenz gegen mikrobiellen Befall und Fraß unter natürlichen Ackerschmalwand-Linien untermauert", schreiben die Wissenschaftler. Ihren Erkenntnissen zufolge verstärkt ein hyperaktives ACD6-Allel (eine alternative Ausprägung eines Gens an einer bestimmten Position auf einem bestimmten Chromosom) die Resistenz gegenüber verschiedenen pflanzlichen Krankheitserregern, bremst aber auch die Bildung neuer Blätter und verringert die Biomasse ausgewachsener Blätter. "Wir konnten zeigen, dass das Gen die Pflanzen zwar resistent gegen verschiedene Krankheitserreger macht, aber gleichzeitig das Blattwachstum stark beeinträchtigt, sodass die Pflanzen weniger Blätter bilden und insgesamt wesentlich kleiner bleiben", erklärte Mitautor Professor Weigel. "Aber sobald sie angegriffen werden, haben die Pflanzen mit der besonderen ACD6-Variante im Vergleich zu Pflanzen mit der Standardversion einen Vorteil. Der Nachteil: An Orten oder in Jahren mit nur wenigen Feinden werden sie bestraft und geraten gegenüber den größeren Konkurrenten ins Hintertreffen. Den Wissenschaftlern zufolge produzieren kleinere Pflanzen weniger Samen, was schließlich zu weniger Nachkommen führt. "Auch in der Natur gilt: Nichts ist umsonst!" schließt Professor Weigel. Neben den Wissenschaftlern aus Deutschland nahmen auch Forscher aus Australien, Österreich, dem Vereinigten Königreich und den Vereinigten Staaten an der Studie teil.
Länder
Österreich, Australien, Deutschland, Vereinigtes Königreich, Vereinigte Staaten