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Datum: 13.04.2017

Forscher entschlüsseln Immunität gegen Parasiten Agrarwissenschaftler der Universität Bonn entdecken, wie Pflanzen Fadenwürmer erkennen und abwehren

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Fadenwürmer (Nematoden) sind ein großes Problem in der Landwirtschaft, weil sie als Parasiten viele wichtige Nutzpflanzen wie Weizen, Zuckerrüben und Kartoffeln befallen. Doch die Pflanzen können sich wehren. Wissenschaftler der Universität Bonn entdeckten mit Kollegen vom Sainsbury Laboratory Norwich ein Protein, das Pflanzen ermöglicht, verräterische Stoffe von Nematoden zu erkennen und Abwehrreaktionen gegen die Eindringlinge in Gang zu setzen. Diese Entdeckung soll dazu führen, Nutzpflanzen mit einer gesteigerten Abwehr gegen die Parasiten zu entwickeln. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe von „PLoS Pathogens“ publiziert.

Pflanzenparasitäre Nematoden sind mikroskopisch kleine Würmer, die ihre Wirtspflanzen durch Entzug von Wasser und Nährstoffen schwächen. Die Schäden sind häufig immens. Nematodeninfektionen stören die Wurzel- und Sprossentwicklung, hemmen die Nährstoffaufnahme aus dem Boden und reduzieren am Ende so auch den Ernteertrag. Die Einbußen betragen jedes Jahr bei vielen weltweit wichtigen Kulturen wie etwa Weizen, Zuckerrüben und Kartoffeln mehr als zehn Prozent. Ist die Pflanze einmal primär geschädigt, kommt es in der Folge oft auch zu Befall durch andere Krankheitserreger.

Bisher war über die natürliche Immunreaktion gegenüber Nematoden nur wenig bekannt. Einem Team von Wissenschaftlern der Universität Bonn ist es in Zusammenarbeit mit Kollegen vom Sainsbury Laboratory in Norwich gelungen, ein Gen mit der Bezeichnung NILR1 in der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) als Modellpflanze zu identifizieren: Es ermöglicht Pflanzen, Nematoden zu erkennen. „NILR1 ist der genetische Code für ein Rezeptorprotein, das auf der Oberfläche von Pflanzenzellen sitzt und andere Moleküle binden und erkennen kann”, sagt Prof. Dr. Florian Grundler, Inhaber des Lehrstuhls Molekulare Phytomedizin an der Universität Bonn. „Vermutlich erkennt NILR1 ein von den Nematoden abgegebenes Molekül und leitet die Aktivierung der pflanzlichen Immunabwehr ein.”

NILR1 erkennt ein breiteres Spektrum von Nematoden

Bisher waren einige Rezeptorproteine - so genannte Resistenzgene - identifiziert worden, die jedoch hochspezifisch auf bestimmte Nematoden reagierten. NILR1 erkennt dagegen ein breiteres Spektrum von Nematoden. „Das Gute an NILR1 ist, dass es in verschiedenen Nutzpflanzen vorkommt und dass es gegen viele Nematodenarten Schutz verleiht”, fügt Dr. Shahid Siddique, Arbeitsgruppenleiter in der Molekularen Phytomedizin, hinzu. „Die Entdeckung von NILR1 führt unweigerlich zu der Frage, welches nematodeneigene Molekül von der Pflanze erkannt wird.“ Nachdem die Forscher mit der Entdeckung des Rezeptors einen ersten Schritt gemacht haben, arbeiten sie jetzt daran, das Molekül zu isolieren, das an NILR1 bindet und so die Immunabwehr aktiviert. Die beiden Erstautoren, Doktoranden am Lehrstuhl, teilen sich die anstehenden Aufgaben. Mary Wang´ombe konzentriert sich darauf, das Rezeptorprotein und seine Funktionen weiter zu analysieren, während Badou Mendy alles daran setzt, das Signalmolekül der Nematoden zu charakterisieren.

Neue Wege zur Züchtung resistenter Pflanzen

Die Arbeiten der Wissenschaftler an der Universität Bonn eröffnen neue Perspektiven zur Züchtung resistenter Pflanzen. Das Team konnte bereits nachweisen, dass wichtige Nutzpflanzen wie Tomaten und Zuckerrüben natürlicherweise über eine funktionierende Kopie von NILR1 verfügen – eine exzellente Ausgangslage, um durch gezielte Züchtung eine verbesserte Nematodenabwehr zu erreichen. Sobald das Signalmolekül der Nematoden charakterisiert ist, steht potenziell eine neue Generation von natürlichen Substanzen zur Verfügung, mit der sich Abwehrreaktionen der Pflanze aktivieren und somit Nematoden sicher und umweltfreundlich bekämpfen lassen.

Publikation: Mendy, B., Wang’ombe, M.W., Radakovic, Z., Holbein, J., Ilyas, M., Chopra, D., Holton, N., Zipfel, C., Grundler, F.M.W. and Siddique, S.: Arabidopsis leucine-rich repeat receptor-like kinase NILR1 is required for induction of innate immunity to parasitic nematodes, PLoS Pathogens, Internet: https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1006284

Kontakt für die Medien:

Prof. Dr. Florian M. W. Grundler
Molekulare Phytomedizin
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES)
Universität Bonn
Tel. 0228/731675
E-Mail: grundler@uni-bonn.de

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