In einem in Nature Plants veröffentlichten Artikel zeigen Wissenschaftler, dass ein von Bakterien produziertes Molekül von den Wurzeln mittels eines neuartigen Mechanismus erkannt wird. Dieses Signal löst dann eine Immunantwort in der gesamten Pflanze bis hin zu den Blättern aus.
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Unsichtbare Verbündete im Boden
Pflanzen verfügen wie Tiere über Abwehrmechanismen gegen pathogene Mikroben. Im Boden um ihre Wurzeln (Rhizosphäre genannt) leben zahlreiche nützliche Bakterien. Einige von ihnen, insbesondere der Gattung Bacillus, können Pflanzen helfen, Krankheiten besser zu widerstehen.
Diese Bakterien produzieren Moleküle, die als zyklische Lipopeptide bezeichnet werden und dafür bekannt sind, die Pflanzenimmunität zu stimulieren. Sie wirken wie ein Warnsignal: Die Pflanze bereitet sich auf mögliche Angriffe von Pilzen oder anderen Mikroben vor.
Allerdings blieb eine Frage offen: Wie erkennen die Pflanzenzellen diese Moleküle?
Eine unerwartete Erkennung auf der Zelloberfläche
Ein europäisches Wissenschaftlerkonsortium hat eines dieser Moleküle, das Surfactin, untersucht, das von Bacillus-Bakterien produziert wird. Entgegen der bisherigen Annahme erkennt die Pflanze es nicht über einen spezifischen Proteinrezeptor.
Die in der Zeitschrift Nature Plants veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass Surfactin direkt in die Membran der Pflanzenzellen eindringt, indem es mit einem bestimmten Lipid namens Glucosylceramid interagiert.
Diese Interaktion verändert leicht die Struktur der Membran: Sie führt zu einer kleinen physikalischen Verformung derselben.
Ein mechanischer Alarm, der die Immunität auslöst
Diese Verformung aktiviert dann mechanosensitive Kalziumkanäle, Proteine, die physikalische Verformungen in der Membran erkennen können. Ein schneller Einstrom von Kalziumionen in die Zelle löst anschließend eine Signalkaskade aus.
Diese Alarmmeldung breitet sich von den Wurzeln zu den Blättern aus, wo die Pflanze ihre chemischen Abwehrkräfte aktiviert. Sie produziert unter anderem antimykotische Moleküle, die ihr helfen, gegen Krankheitserreger wie Botrytis cinerea vorzugehen, einen Pilz, der für die Fäulnis vieler Früchte und Blätter verantwortlich ist.
Eine neue Art der Pflanzen-Mikroben-Kommunikation
Bislang beruhten die meisten bekannten Mechanismen der Erkennung von Mikroben durch Pflanzen auf Proteinrezeptoren, die spezifische Moleküle identifizieren können.
Diese Studie zeigt einen anderen Mechanismus: Hier dienen die Membranlipide und die physikalische Verformung der Membran als Erkennungssystem.
Diese Entdeckung wirft ein neues Licht auf die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Bodenmikroben.
Zu verstehen, wie nützliche Bakterien die Pflanzenimmunität stimulieren, könnte den Weg für neue landwirtschaftliche Strategien ebnen. Durch die Förderung der Wirkung dieser Mikroben oder der von ihnen produzierten Moleküle könnte es möglich werden, die natürlichen Abwehrkräfte der Nutzpflanzen zu stärken, ohne auf Pestizide zurückzugreifen.
Die Bodenbakterien erweisen sich somit als wertvolle Verbündete für eine nachhaltigere Landwirtschaft.