Ein Team internationaler Forscherinnen und Forscher hat Werkzeuge katalogisiert, mit denen Pflanzen krankheitsverursachende Mikroben erkennen und bekämpfen. Die Ergebnisse wurden nun in der internationalen Fachpublikation Cell veröffentlicht und stellen einen bedeutenden wissenschaftlichen Fortschritt für die Pflanzenbiologie dar. Sie liefern wichtige Erkenntnisse für die Bekämpfung gefährlicher Pflanzenkrankheiten, die eine erhebliche Bedrohung für die Lebensmittelsicherheit weltweit sind.
Genau wie Tiere und Menschen sind auch Pflanzen auf Immunsysteme angewiesen, die ihnen dabei helfen, auf Angriffe durch pathogene Mikroben, wie zum Beispiel Bakterien und Pilze, zu reagieren. Ein zentraler Bestandteil des pflanzlichen Immunsystems wird aus NLR (nucleotide binding leucine-rich repeat) Proteinen gebildet, die als Rezeptoren fungieren. In unterschiedlichen Kombinationen können sie das sich ständig verändernde Mikrobenspektrum der Umwelt erkennen.
Wie sieht das gesamte Spektrum der von Pflanzen produzierten NLR-Proteine aus?
Trotz des allgemeinen Fortschritts beim Verständnis, wie diese einzelnen Rezeptoren zusammenarbeiten, blieben zentrale Schlüsselfragen offen: Wie sieht das gesamte Spektrum der von Pflanzen produzierten NLR-Proteine aus? Wie stark variieren sie innerhalb einer Pflanzenart? In welchem Umfang benötigen Pflanzen diese NLR-Rezeptoren überhaupt? Das Team untersuchte Pflanzen der Arabidopsis thaliana, die von Krankheitserregern unterschiedlicher Art befallen waren. Darunter befanden sich Pflanzenpopulationen aus Europa, Nordamerika und Asien. Mit modernsten Sequenzierungstechniken analysierten sie die genetische Vielfalt der NLR dieser Pflanzen und fanden heraus, dass ihr Repertoire von Ort zu Ort verschieden war, und zwar wahrscheinlich aufgrund des unterschiedlichen Selektionsdrucks durch regionale Krankheitserreger. Das Team überraschte jedoch, eine Obergrenze für die Anzahl der NLR-Gene quer durch alle untersuchten Pflanzen zu finden.
Detlef Weigel, geschäftsführender Direktor am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, beschreibt die Ergebnisse folgendermaßen: „Die Vielfalt der Gene ist zwar begrenzter als wir erwartet hatten, es ist aber vielmehr ihre besondere Kombination, die jedes Individuum einzigartig resistent gegen unterschiedliche Spektren von Krankheitserregern macht.“
„Die vorliegenden Ergebnisse der Studie werden die Art und Weise verändern, wie Wissenschaftler in Zukunft mit dem Thema umgehen werden“, erklärt Jonathan Jones am Sainsbury Laboratory. „Eine der bemerkenswerten Schlussfolgerungen, die sich aus dieser Studie ergeben, besteht darin, dass sehr viele Populationen sequenziert werden müssen, um das gesamte Immunsystem jeder Pflanze definieren zu können“, so Jones weiter.
„Vorbei sind die Zeiten, in denen eine einzige Referenzsequenz ausreichte, um die Geheimnisse einer Spezies enthüllen zu können; es ist jetzt klar, dass wir die gesamte genetische Vielfalt einer Spezies verstehen müssen, um auch ihr Immunsystem zu verstehen.“
Die Forschungsergebnisse haben also erhebliche Auswirkungen auf unser Verständnis von Landwirtschaft und Pflanzenevolution. Das bestätigt auch Jeffery Dangl am Howard Hughes Medical Institute: „Diese Arbeit wird dazu beitragen, die Entdeckung neuer NLR-Rezeptorfunktionen für die Entwicklung krankheitsresistenter Pflanzen voranzutreiben und wird außerdem als Leitfaden für die Analyse ihrer Entwicklung im gesamten Pflanzenreich dienen.“