Wie Pflanzen sich vor Pilzen abschotten

Pflanzen werden ständig von Pilzen und anderen Mikroorganismen bedrängt. Die Luft ist voller Pilzsporen, die sich gerade bei feuchtwarmem Wetter gern auf Pflanzenblättern festheften und auskeimen. Manche Pilze bleiben auf der Oberfläche der Blätter. Andere, wie der Falsche Mehltau, dringen in die Pflanzen ein, durchwuchern sie und zapfen wichtige Nährstoffe ab. So können sie in Gartenbau und Landwirtschaft große Schäden anrichten.

Die Eintrittspforten für manche dieser gefährlichen Pilze sind kleine Poren, die Stomata, die sich in großer Zahl in den Pflanzenblättern befinden. Mit Hilfe spezieller Schließzellen können Pflanzen die Öffnungsweite der Poren verändern und diese auch ganz zumachen. Auf diese Weise regulieren sie den lebensnotwendigen Austausch von Wasser und Kohlendioxid mit der Umgebung.

Chitin-Kleid verrät die Pilze

Die Schließzellen können aber noch mehr: Sie erkennen angreifende Pilze mit speziellen Rezeptoren. Das hat ein internationales Forschungsteam um den Pflanzenwissenschaftler Professor Rainer Hedrich von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg herausgefunden.

„Die Pilze verraten sich durch ihr Chitin-Kleid, wenn sie über offene Stomata in die Pflanze eindringen wollen“, sagt Hedrich. Chitin ist ein Kohlenhydrat. Es spielt in der Zellwand von Pilzen eine ähnliche Rolle wie die Cellulose bei Pflanzen.

Molekulare Details enthüllt

Wie die Pflanze den Pilz erkennt und über welche molekulare Signalkette das Chitin zum Verschließen der Stomata führt, ist detailliert in der Zeitschrift eLife beschrieben. Federführend bei der Publikation war, neben Hedrich, die Münchener Professorin Silke Robatzek von der Ludwig-Maximilians-Universität. Die Molekularbiologin ist auf die Abwehr von Krankheitserregern bei Pflanzen spezialisiert, der Biophysiker Hedrich ist Experte für die Regulation der Schließzellen und Stomata.

Vereinfacht gesagt, bewirkt Chitin folgende Abläufe: Werden die Chitin-Rezeptoren gereizt, leiten sie das Gefahrsignal weiter und aktivieren dadurch in den Schließzellen zuerst den Ionenkanal SLAH3. In der Folge öffnen sich weitere Kanäle und lassen Ionen aus den Schließzellen strömen. Dadurch fällt der Innendruck der Zellen ab und die Stomata schließen sich – die Tür ist zu, der Pilz bleibt außen vor.

Ergebnisse für die Züchtung nutzbar machen

Das hat das Forschungsteam an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) nachgewiesen. Als nächstes geht es den Forschern darum, ihre Erkenntnisse vom Modell auf Nutzpflanzen zu übertragen. „Ziel ist es, der Pflanzenzüchtung Werkzeuge in die Hand zu geben, um pilzresistente Sorten zu züchten. Gelingt das, könnten in Landwirtschaft und Gartenbau große Mengen Fungizide eingespart werden“, so Rainer Hedrich.

Publikation

Anion channel SLAH3 is a regulatory target of chitin receptor-associated kinase PBL27 in microbial stomatal closure. eLife, 16. September 2019, DOI 10.7554/eLife.44474

https://elifesciences.org/articles/44474

Kontakt

Prof. Dr. Rainer Hedrich,
Lehrstuhl für Botanik I (Pflanzenphysiologie und Biophysik), Universität Würzburg,
T +49 931 31-86100, hedrich@botanik.uni-wuerzburg.de