Wie sich die Tomate den tödlichen Teufelszwirn vom Leib hält

2. August 2016, 18:21
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Forscher entdecken Mechanismus der Erkennung des Schmarotzers als Grundlage der natürlichen Resistenz

Tübingen – Weltweit gibt es mehr als 4.500 Pflanzenarten, die parasitisch von anderen Pflanzen leben. In der Landwirtschaft können einige dieser Arten teilweise großen Schaden anrichten, bis hin zum vollständigen Ernteverlust. Wissenschafter von der Universität Tübingen haben in Kooperation mit britischen Kollegen nun entdeckt, wie einige Pflanzenarten durch eine natürliche Resistenz pflanzliche Parasiten abwehren können.

Ihre Forschungsobjekte sind Kultursorten der Tomate, bei denen der Parasit Teufelszwirn vergeblich seine Saugorgane zu den Leitgeweben ausstreckt. Die Forscher um Markus Albert fanden ein Gen bei der Tomate, das ihr die Erkennung des Teufelszwirns ermöglicht und einen Mechanismus der angeborenen Immunität in Gang setzt. Dieser war bisher nur aus der Abwehr der Pflanze gegen mikrobielle Krankheitserreger, Insekten oder Spinnentiere bekannt. Die in der Fachzeitschrift Science präsentierten Ergebnisse geben neue Hinweise, wie Nutzpflanzen besser gegen pflanzliche Parasiten geschützt werden können.

Als Teufelszwirn, auch bekannt als Seide, werden Pflanzen der Gattung Cuscuta bezeichnet, die alle parasitisch auf anderen Pflanzen leben. Ohne Blätter und Wurzeln winden sie sich um die Sprosse meist krautiger, zweikeimblättriger Pflanzen und infizieren diese, indem sie mit speziellen Saugorganen, den Haustorien, einen Kontakt zu deren Leitgeweben herstellen. Über diese Verbindung entziehen die Parasiten dem Wirt Nährstoffe, Wasser und auch Kohlenhydrate. Die stark geschwächte Pflanze stirbt meist ab, ohne Samen und Früchte auszubilden. Als eine der wenigen resistenten Arten lässt die Tomate (Solanum lycopersicum) die Cuscuta-Haustorien nicht in ihren Spross einwachsen, indem sie ein korkig-holziges Schutzgewebe bildet. In diesem Fall stirbt der Teufelszwirn ab, weil er nicht an die notwendigen Nährstoffe kommt.

Rezeptor erkennt Teufelszwirn

Den Forschern gelang es mithilfe von Kreuzungen der Kulturtomate und einer wilden Tomaten-art (Solanum pennellii), ein für die Resistenz gegen den Teufelszwirn mitverantwortliches Gen zu entdecken und zu isolieren. "Im Erbgut der Tomate kodiert es für einen Rezeptor, der auf der Oberfläche der Tomatenzellen sitzt", erklärt Albert. "Er erkennt ein molekulares Muster des Teufelszwirns." Habe der Rezeptor das Signal von der Ankunft des Parasiten erhalten, funktioniere er als molekularer Schalter, der bestimmte Immunantworten der Tomate auslöse. Das führe zu einer gesteigerten Resistenz der unfreiwilligen Wirtspflanze. "Die Tomatenpflanze erkennt Pflanzenparasiten in ganz ähnlicher Weise, wie sie auch eindringende Bakterien wahrnehmen kann", sagt der Wissenschafter.

Dies sei überraschend, weil sich Parasit und Wirt als Pflanzen aus Sicht der Evolution sehr nahe stehen – "zumindest im Vergleich mit den Modellen Pflanze und Mikrobe oder Pflanze und Insekt", sagt Albert. Bisher seien ein Mechanismus, mit dem Pflanzen andere Pflanzen als fremd erkennen, beziehungsweise molekulare Muster, die eine parasitische Pflanze als fremd kennzeichnen, unbekannt gewesen. Durch die neuen Ergebnisse habe man nun in der Grundlagenforschung bessere Ansatzpunkte, den Dialog zwischen Pflanzen auf zellulärer Ebene zu verstehen. "Außerdem stehen durch diese Entdeckung Pflanzenforschern neue Möglichkeiten zur Verfügung, Nutzpflanzen zu kreieren, die für parasitische Pflanzen weniger anfällig sind." (red, 2.8.2016)

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