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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Wehrhafte Pflanzen: Effizienter Schutz gegen Feinde |
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| | | Pflanzen verwenden ein ganzes Arsenal an Proteinen, um ihre Blüten und Samen für Feinde ungenießbar zu machen. Jetzt wurde eine neue chemische Waffe gegen lästige Eindringlinge entdeckt. |
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Wissenschaftler um Richard Thompson am Kölner Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung haben in jungen Maiskörnern jetzt eine Reihe bisher unbekannter Abwehrproteine mit breiter pilztötender Wirkung entdeckt.
Pflanzen speichern in ihren Samen und Früchten große Mengen von Zucker- und Aminosäure-Nährstoffen als Grundversorgung für ihren Nachwuchs. Diese Vorräte haben Krankheitserreger, wie beispielsweise Schadpilze, zum Fressen gern. Um ihren Nachwuchs zu schützen, "vergiften" Pflanzen mit einer Reihe von Abwehrstoffen Früchte und Samen.
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Wehrhafter Mais |
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Nicht nur süße Nährstoffe reichern sich an, wenn junge Maiskörner reifen. Parallel dazu vergrößert sich an der Grenzschicht zwischen Korn und pflanzlichem Mutterkuchen die Anzahl bestimmter Proteine, die den Angriff von Schadpilzen blockieren.
Schon geringste Mengen der neu entdeckten Abwehrstoffe, der sogenannten BAPs (Basal Layer Antifungal Proteins) hemmen das Pilzwachstum und lassen Pilzäste absterben. Aus Sicht der Wissenschaftler könnten die BAPs als natürliche Waffe eine Alternative zu synthetischen Pilzgiften darstellen.
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BAPs |
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Aufgespürt wurden die neuartigen Anti-Pilz-Proteine in der Grenzschicht zwischen der pflanzlichen Placenta und dem heranwachsenden Maissamen. Sie werden deshalb als Basal Layer Antifungal Proteins (BAPs) bezeichnet. BAPs werden als inaktive Propeptide synthetisiert. Anschließend spalten Enzyme die Propeptide und setzen aktive BAP-Peptide frei. Sie bestehen aus etwa 40 Aminosäuren. Diese BAP-Peptide werden hauptsächlich in einer dicken, aus mütterlichem Gewebe aufgebauten Zellwand gespeichert, die an das Korn grenzt.
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Nur wenige Tage Zeit |
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Die aktiven Peptide reichern sich innerhalb weniger Tage an, wenn Samen und Früchte sich entwickeln und die Konzentration an Nährstoffen besonders große Werte erreicht. Im reifen Korn hingegen sind die Abwehrproteine nicht zu finden. Vermutlich schützen die BAP-Peptide das junge Mais-Korn über die nährstoffreichen, mütterlichen Versorgungszellen vor einem Angriff der Schadpilze.
Der Forschergruppe um Richard Thompson gelang der Nachweis, dass bereits geringste Konzentrationen an aktiven BAP-Peptiden das Wachstum des Getreide-Schädlings Fusarium culmorum hemmen. Gleiches gilt auch für viele andere Pilzarten. So konnten die Wissenschaftler zeigen, dass BAP-Peptide nicht nur das Pilzwachstum unterdrücken, sondern auch die Pilzäste verkümmern lassen.
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Mittels Indikatorfarbstoff
Einen Hinweis darauf, wie die BAP-Peptide ihre Wirkung entfalten, erhielten die Kölner Forscher mit Hilfe eines Nukleinsäure-bindenden Indikatorfarbstoffs. Dazu versetzten die Wissenschaftler verschiedene Schadpilze sowohl mit den Peptiden als auch mit dem Farbstoff. Daraufhin begannen die Zellkerne deutlich zu fluoreszieren. Der Farbstoff kann sich jedoch nur an die Nukleinsäuren binden, wenn er die Pilzmembranen durchdrungen hat. Das setzt voraus, dass die Membranen durchlässig beziehungsweise beschädigt sind. Wie allerdings die BAP-Peptide in die Membran eindringen können, ist bisher noch unklar. |
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Genetische Kartierung |
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Zur Zeit untersucht die Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut, ob die BAP-Peptide selbst Poren in der Membran verursachen oder ob sie mit spezifischen Rezeptoren zusammenwirken.
Neben solchen biochemischen Studien haben die Max-Planck-Züchtungsforscher die Gene untersucht, welche für die verschiedenen BAP-Proteine codieren. Eine Kartierung ergab, dass die Gene in Gruppen auf den Mais-Chromosomen angeordnet sind.
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Auch beim Ur-Mais |
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Zudem fanden die Wissenschaftler auch BAP-Gene in Teosinte, der Ursprungsform von Mais, und in der Hirse. Alle drei Pflanzensorten zählen zu einer Unterfamilie der Gräser. BAP-Gene kommen aber weder in anderen Getreidearten noch in sonstigen Pflanzen vor. Das könnte darauf hinweisen, dass sich Pflanzen dieser Gräser-Unterfamilie im Lauf der Evolution schnell auf bestimmte Krankheitserreger eingestellt haben.
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Alternative zu künstlichen Pilzbekämpfungsmitteln |
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Da die BAP-Peptide gegenüber einer Vielzahl von schädlichen Pilzen als natürliches Abwehrmittel wirken und zudem nur zeitlich und räumlich begrenzt auftreten, lassen sie sich in Zukunft vielleicht als Alternative zu synthetischen Pilzbekämpfungsmitteln nutzen. So erscheint es möglich, BAP-Gene auf Pflanzen zu übertragen, die gegen Schadpilze besonders anfällig sind, wie beispielsweise Weinreben.
Sie würden dann die Abwehr-Peptide nur an den Stellen bilden, die von den Erregern angegriffen werden. Für die menschliche Gesundheit sind die BAP-Peptide vermutlich unbedenklich. Sie werden mitverspeist, wenn wir beispielsweise Maiskolben oder -körner essen. Der für die menschliche Ernährung angebaute Süßmais wird nämlich bereits im unreifen Zustand geerntet, wenn die BAPs besonders aktiv sind.
(red)
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01.01.2010 |
