Werden Pflanzen von Bakterien befallen, werden Signale von den Blättern ins Innere weitergeleitet und aktivieren die Abwehrkräfte. Ein Forschungsteam der Universität Jena um Alexandra Furch hat diese Signale untersucht und neue Erkenntnisse über sie gewonnen. Sie entdeckten zwei verschiedene Arten von elektrischen Wellen, die sowohl lokal als auch systemisch Abwehraktionen auslösen. Dazu spielen sogenannte Verschlussproteine eine wichtige, bisher unbekannte Rolle.

Die Forschenden setzten zwei verschiedene Arten, die nur entfernt miteinander verwandt sind, einem Bakterium aus, das eine Immunantwort auslöste. Zunächst stellten die Wissenschaftler fest, dass Kalzium-Ionen in den Pflanzen freigesetzt wurden, die eine Kettenreaktion im Organismus auslösten. Dabei wurde der äußere Reiz von den äußeren Zellen in Form von unterschiedlichen elektrischen Potenzialen ins Blattinnere weitergeleitet. Das Team konnte in beiden Pflanzen erstmals zwei verschiedene Potenziale identifizieren: schnelle und weitreichende Aktionspotenziale sowie langsame und lokale Variationspotenziale, die sich beide wellenförmig ausbreiteten und unterschiedliche Reaktionen auslösten.

Die langsamen Potenziale breiteten sich zuerst aus und veranlassten die Verschlussproteine dazu, Leitungsbahnen in den Blättern zu unterbrechen. "Bislang war nur bekannt, dass diese Verschlussproteine die Leitungsbahnen nach Verletzungen und Stress, wie Hitze oder Kälte, verstopfen", erklärt Alexandra Furch. Erstmals konnte jetzt nachgewiesen werden, dass die Eiweiße auch bei Kontakt mit schädlichen Keimen auftraten und wirkten. Zusätzlich aktivierten die an den Leitungsbahnen entlangrasenden, schnellen Aktionspotenziale die systemische Immunabwehr der Pflanzen, etwa durch Veränderungen im Hormonspiegel.

Die verschiedenen chemischen und elektrischen Reaktionen spielen dabei zusammen. Die Signale werden erst langsam von den äußeren Epidermis-Zellen zu den weiter innen liegenden Zellen weitergeleitet und anschließend schnell – innerhalb von Minuten – entlang der Leitungsbahnen in der Pflanze weiterverbreitet, wo sie weitere Teile des Immunsystems aktivieren. "Diese Mischung verschiedener Signale enthält eine Art Code, der im Zielgewebe entschlüsselt wird und eine gezielte spezifische Antwort auf entsprechende Angreifer auslöst", sagt Alexandra Furch. Wie das genau vonstattenginge, müsse allerdings erst noch analysiert werden.

Doch die neuen Erkenntnisse über einen vermeintlich universellen Mechanismus in der Immunreaktion von Pflanzen sollen schon bald dabei helfen, die Widerstandskraft von Nutzpflanzen gegenüber Krankheitserregern zu stärken. Das wird immer wichtiger, da im Zuge der Klimakrise neue Krankheitserreger auftauchen und sich ausbreiten können, unterstreicht Alexandra Furch. "Gelingt es, Pflanzen mit einer verbesserten natürlichen Resistenz auszustatten, kann auch der Einsatz chemischer Pflanzenschutzmittel verringert werden."

idw/jar