Wer seinen Feind besiegen will, der muss ihn kennen – oder im Falle des Immunsystems besser: erkennen. Denn egal ob Mensch, Tier oder Pflanzen, der erste Schritt einer Immunreaktion besteht immer daraus, dass bestimmte Rezeptoren die Anwesenheit eines Krankheitserregers bemerken und Alarm auslösen. Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen hat nun diese Rezeptoren systematisch dokumentiert und Überraschendes festgestellt.

Grundlegende Fragen erstmals beantwortet

Bei diesen Rezeptoren handelt es sich um sogenannte NLR-Proteine (nucleotide binding leucine-rich repeat proteins). Jeder dieser Rezeptoren erkennt bestimmte, evolutionär konservierte Strukturen mikrobieller Krankheitserreger. Aufgrund ihrer Bedeutung für die Pflanzenzüchtung hat die Forschung bereits viel über NLR-Rezeptoren herausgefunden. Offen war bislang jedoch, wie das gesamte NLR-Spektrum aussieht, wie variabel es von Pflanze zu Pflanze ist und wie entscheidend sie für die Immunreaktion sind. Darauf gibt das Team um MPI-Direktor Detlef Weigel jetzt Antworten im Fachjournal „Cell“.

Vielfalt geringer als gedacht, Variation umso größer

Am Beispiel der Modellpflanze Ackerschmalwand untersuchten sie mit Krankheitserregern befallene Populationen aus unterschiedlichen Regionen der Erde und analysierten deren Gene. „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“, berichtet Weigel. Denn die Pflanzenforscher stellten fest, dass sich das Sortiment an NLR-Genen innerhalb einer Art von Region zu Region stark unterscheidet.

Ein Referenzgenom reicht nicht aus

„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“, folgert Jonathan Jones vom Sainsbury Laboratory in Großbritannien, der ebenfalls an der Studie beteiligt war. „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 neuen Erkenntnisse sollen nun helfen, sowohl die Evolution der NLR-Gene im Pflanzenreich besser zu verstehen, als auch in der Pflanzenzüchtung helfen, neue Linien zu entwickeln, die widerstandsfähiger gegen Krankheitserreger sind.

bl