Neuer biochemischer Signalweg entdeckt

27. März 2002

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 funktionell charakterisierte MLO-Protein spielt eine entscheidende Rolle bei der Abwehr von Pilzerkrankungen bei Nutzpflanzen.

Der Mehltau ist eine bei Getreide häufig auftretende Pilzerkrankung, die immer wieder zu beträchtlichen Ernteeinbußen führt. Nur wenige Getreidesorten 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-Institutes für Züchtungsforschung haben die Wirkungsweise dieses Proteins untersucht und dabei überraschende Unterschiede zu Molekülen festgestellt, die zunächst einmal aufgrund struktureller Übereinstimmungen 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 biochemischen Reaktionen auslöst wie die Rezeptormoleküle 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 Signalüberträger und verstärkt gleichzeitig den Reiz. Wie die Kölner Forscher berichten, bindet allerdings Calmodulin an das MLO-Protein. Dieses im gesamten Tier- und Pflanzenreich vorkommende Protein spielt bei der durch Calcium-Ionen vermittelten Signalübertragung im Zellinneren eine zentrale Rolle.

Die Abbildung zeigt den Befall von Gersteblättern mit Mehltaupilzen im Vergleich. Das linke Blatt stammt von der Wildtyp-Gerste nd ist stark befallen, das Blatt einer Gerstensorte mit einer Mutatin im MLO-Gen wird dagegen nicht befallen

 

Die Arbeiten, die in Kooperation mit koreanischen Wissenschaftlern entstanden sind, wiesen damit auf einen interessanten biochemischen Sonderweg in Pflanzen hin. Sie zeigen, dass trotz ähnlicher Proteinstrukturen in Tier und Pflanze mitunter völlig unterschiedliche 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.

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