Ebenso wie Menschen und Tiere müssen sich auch Pflanzen gegen bakterielle Infektionen verteidigen. Die Parallelen sind dabei größer als bislang bekannt, berichten Pflanzenforscher der Universität Köln gemeinsam mit Kollegen aus China in zwei Publikationen (Publikation 1 und Publikation 2) im Fachjournal „Science“. Eine Schlüsselrolle spielen dabei NLR-Proteine (NOD-like receptor), denen in der Zelle eine Wächterfunktion zukommt.

Abwehr im Elektronenmikroskop beobachtet

Dringen Bakterien in eine Zelle ein, sondern sie sogenannte Effektormoleküle ab. Diese unterbinden in der Zelle die Immunantwort und ermöglichen den Bakterien so die ungestörte Vermehrung. Im Laufe der Evolution haben Pflanzen jedoch gelernt, auf diesen Angriff vorbereitet zu sein, wie die Pflanzenforscher am Beispiel der Ackerschmalwand zeigen konnten. Mittels hochauflösender Kryo-Elektronenmikroskopie haben sie einen effektiven Abwehrmechanismus dokumentiert.

Zelltod als Reaktion auf blockiertes Immunsystem

Im Plasma der Pflanzenzellen befinden sich NLR-Proteine. Von tierischen Zellen ist bekannt, dass derartige Proteine in Gegenwart von bakteriellen Effektoren den Zelltod der infizierten Zelle auslösen und so die Ausbreitung der Infektion verhindern. „Bislang fehlte ein detailliertes Verständnis der Wirkmechanismen von pflanzlichen NLRs. Zudem basiert ein Großteil unseres Verständnisses davon, wie diese Moleküle in Pflanzen funktionieren, auf dem Vergleich mit tierischen Gegenstücken“, erklärt der Leiter der neuen Studien, Jijie Chai.

Sein Team konnte nun nachweisen, dass das NLR-Protein ZAR1 mehrere bakterielle Effektoren indirekt erkennen kann, sofern es von einem weiteren Protein namens RKS1 in einem latenten Abwehrzustand gehalten wird. Der Komplex aus diesen beiden Proteinen bindet im Fall einer Infektion an die Zellwand. Die Forscher vermuten, dass sich dadurch eine Pore in der Plasmamembran bildet, die indirekt zum Zelltod führt und so die Infektion aufhält. Auch andere pflanzliche NLR-Proteine bilden Komplexe und könnten demnach ähnliche Funktionen für das Immunsystem haben.

bl