Tomaten wehren sich gegen Raupen

„Pflanzen können zwar nicht vor ihren Feinden weglaufen, aber so wehrlos, wie man meinen könnte, sind sie nicht“, sagt Prof. Dr. Andreas Schaller vom Fachgebiet Physiologie und Biochemie der Pflanzen an der Universität Hohenheim. „Im Gegenteil: Pflanzen haben im Laufe der Evolution eine ganze Reihe an ausgeklügelten Abwehrmechanismen entwickelt, um Angreifern das Leben schwer zu machen.“

Fressfeinde, aber auch Krankheitserreger wie Bakterien, Viren oder Pilze, werden von Pflanzen anhand charakteristischer Merkmale erkannt. Bei Insekten sind es oft spezielle Moleküle aus dem Speichel der Tiere, die eine ganze Kaskade an verschiedenen Abwehrreaktionen in der Pflanze aktivieren.

Signalmoleküle lösen Kaskade an Abwehrreaktionen aus

Am Anfang dieser Kaskade stehen spezielle Signalmoleküle wie das Systemin, das bei Nachtschattengewächsen (Solanaceae) wie Tomate eine Schlüsselposition in der Abwehr einnimmt: Dieses Molekül wird von den Pflanzenzellen nur dann produziert, wenn Raupen an den Blättern fressen, nicht aber, wenn andere Ursachen die Pflanze schädigen. Systemin steuert sowohl die lokale Wundreaktion als auch Reaktionen in weiter entfernten Geweben.

Die Hohenheimer Forschenden konnten nun erstmals zeigen, wie das Systemin-Signal in der Zelle verarbeitet wird. Eine Schlüsselrolle spielt die „Poltergeist-like Phosphatase“ (PLL2). Die Phosphatase wird durch das Systemin-Signal aktiviert.

Systemin aktiviert Phosphatase PLL2

„Phosphatasen spielen eine zentrale Rolle bei der Regulation von Zellaktivitäten: Durch das Abspalten einer Phosphatgruppe können sie die Aktivität von anderen Proteinen wie Enzymen und Rezeptoren gezielt aktivieren oder hemmen. Auf diese Weise werden Stoffwechselwege sehr fein abgestimmt“, erklärt Rong Li, Doktorandin im Fachgebiet und Erstautorin der Studie.

Genau das tut die PLL2. Durch Abspaltung einer Phosphatgruppe hemmt sie Protonenpumpen in der Zellmembran, die den pH-Wert regulieren: Die Umgebung der Pflanzenzellen wird alkalischer. Dieser Anstieg des pH-Werts verändert die elektrische Spannung an der Zellmembran. Dadurch werden Gene aktiviert, die für eine gezielte Abwehr wichtig sind.

Natürliche Abwehr statt chemische Pflanzenschutzmitteln

Mutanten, denen PLL2 fehlte, produzierten deutlich weniger Abwehrstoffe, sodass im Versuch die Raupen schneller an Gewicht zulegten. „Die Entdeckung, dass PLL2 eine so zentrale Rolle im Systemin-Signalweg spielt, eröffnet neue Perspektiven für die Pflanzenforschung“, sagt Prof. Dr. Schaller. „Wir hoffen, durch ein genaues Verständnis der Regulationsmechanismen, die natürlichen Abwehrmechanismen der Pflanzen verstärken zu können - im Interesse einer nachhaltigen Landwirtschaft, die auf den Einsatz von chemischen Mitteln weitgehend verzichten kann.“

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