Wenn Blätter mit Pflanzen kommunizieren: Der Chloroplasten-Signalweg
Schon lange ist bekannt, dass die Chloroplasten eine entscheidende Rolle für das pflanzliche Immunsystem spielen. Bislang blieb jedoch die molekulare Verbindung zwischen den Chloroplasten und dem cytoplasmatischen Kern-Immunsystem weitgehend verborgen. Japanische Wissenschaftler konnten jüngst aber ein neues Protein entdecken, das eine bislang unbekannte Kommunikationsmöglichkeit zwischen den Chloroplasten darstellt und möglicherweise das gesuchte Verbindungsstück ist.
Die Entdeckung von CAS
Chloroplasten spielen deshalb eine so entscheidende Rolle für die Immunität von Pflanzen, weil sie als Speicher für Salicylsäure und Jasmonsäure dienen, die wesentliche Bausteine der pflanzlichen Verteidigungslinie bilden. Das Problem, vor dem die Forscher bislang standen, lautete vereinfacht: Wie kann der cytoplasmatische Kern, der als Hirn des Immunsystems arbeitet, diese Abwehrstoffe aktivieren? Es fehlte das molekulare Verbindungsstück, das diese Aktivierung vornehmen konnte. Zu vermuten stand deshalb, dass es einen bislang unbekannten Kommunikationsweg gibt, der für diese Aufgabe verantwortlich zeichnet.
Genau diesen haben möglicherweise japanische Forscher entdeckt, wie das Fachmagazin "nature communications" berichtet. Die Wissenschaftler konnten ein bislang unbekanntes Protein mit Namen "Calcium-sensing Receptor" (CAS - "ein für Calcium empfänglicher Rezeptor") entdecken, das sie dadurch fanden, indem sie zeigten, dass "Pathogen-associated molecular pattern (PAMP - "mit dem Erreger verbundene Molekular-Strukturen)"-Signale auf eine bestimmte Weise an die Chloroplasten weitergeleitet wurden und dort im Stroma spezifische Ca2-Signaturen hervorriefen. Dies bedeutet, in der vom Kern ausgehenden Kommunikation kommt Calcium über ein bislang unbekanntes Protein zum Einsatz, das sich durch das Stroma bewegt und somit im Prinzip im gesamten Chloroplasten vertreten ist. CAS ist nach Ansicht der Forscher für die PAMP-induzierte basale Resistenz der Pflanze ebenso wie für den durch das R-Gen hervorgerufenen Zelltod verantwortlich.
Das fehlende Verbindungsstück
CAS agiert vorgelagert vor den Speichern der Salicylsäure und weist auf diese Weise eine direkte Verbindung auf. Die Forscher berichten, dass eine anschließende Analyse der Transkriptome (die Summe der von DNA in RNA umgeschriebenen Gene in einer Zelle) zeigte, dass CAS direkt an der PAMP-induzierten Bildung der Verteidigungsgene der Pflanze und der Unterdrückung der Bildung sonstiger Chloroplasten-Gene ("suppression of chloroplast gene expression") beteiligt ist. Möglich macht dies vermutlich ein rückwärtig verlaufendes Sauerstoff-Signal. Auf diese Weise wird eine durch die Chloroplasten vermittelte Reprogrammierung der Gene möglich, für die das neue Protein direkt verantwortlich zeichnet. Den japanischen Forschern ist es auf diese Weise auf jeden Fall gelungen, einen bislang unbekannten Kommunikationskanal zwischen den cytoplasmatischen Kernen und den sich in den Chloroplasten befindlichen Immunanlagen nachzuweisen. Sie konnten auf diese Weise erhellen, wie das pflanzliche Immunsystem funktioniert. Die entscheidende Frage, welche die Wissenschaft in Zukunft wird beantworten müssen, lautet: Ist CAS wirklich allein praktisch das funktionierende "transatlantische Telefonkabel" zwischen Kern und den Chloroplasten-Speichern, nach dem die Forscher seit Jahrzehnten gesucht haben oder gibt es noch mehr zu entdecken?
Schon lange ist bekannt, dass die Chloroplasten eine entscheidende Rolle für das pflanzliche Immunsystem spielen. Bislang blieb jedoch die molekulare Verbindung zwischen den Chloroplasten und dem cytoplasmatischen Kern-Immunsystem weitgehend verborgen. Japanische Wissenschaftler konnten jüngst aber ein neues Protein entdecken, das eine bislang unbekannte Kommunikationsmöglichkeit zwischen den Chloroplasten darstellt und möglicherweise das gesuchte Verbindungsstück ist.
Die Entdeckung von CAS
Chloroplasten spielen deshalb eine so entscheidende Rolle für die Immunität von Pflanzen, weil sie als Speicher für Salicylsäure und Jasmonsäure dienen, die wesentliche Bausteine der pflanzlichen Verteidigungslinie bilden. Das Problem, vor dem die Forscher bislang standen, lautete vereinfacht: Wie kann der cytoplasmatische Kern, der als Hirn des Immunsystems arbeitet, diese Abwehrstoffe aktivieren? Es fehlte das molekulare Verbindungsstück, das diese Aktivierung vornehmen konnte. Zu vermuten stand deshalb, dass es einen bislang unbekannten Kommunikationsweg gibt, der für diese Aufgabe verantwortlich zeichnet.
Genau diesen haben möglicherweise japanische Forscher entdeckt, wie das Fachmagazin "nature communications" berichtet. Die Wissenschaftler konnten ein bislang unbekanntes Protein mit Namen "Calcium-sensing Receptor" (CAS - "ein für Calcium empfänglicher Rezeptor") entdecken, das sie dadurch fanden, indem sie zeigten, dass "Pathogen-associated molecular pattern (PAMP - "mit dem Erreger verbundene Molekular-Strukturen)"-Signale auf eine bestimmte Weise an die Chloroplasten weitergeleitet wurden und dort im Stroma spezifische Ca2-Signaturen hervorriefen. Dies bedeutet, in der vom Kern ausgehenden Kommunikation kommt Calcium über ein bislang unbekanntes Protein zum Einsatz, das sich durch das Stroma bewegt und somit im Prinzip im gesamten Chloroplasten vertreten ist. CAS ist nach Ansicht der Forscher für die PAMP-induzierte basale Resistenz der Pflanze ebenso wie für den durch das R-Gen hervorgerufenen Zelltod verantwortlich.
Das fehlende Verbindungsstück
CAS agiert vorgelagert vor den Speichern der Salicylsäure und weist auf diese Weise eine direkte Verbindung auf. Die Forscher berichten, dass eine anschließende Analyse der Transkriptome (die Summe der von DNA in RNA umgeschriebenen Gene in einer Zelle) zeigte, dass CAS direkt an der PAMP-induzierten Bildung der Verteidigungsgene der Pflanze und der Unterdrückung der Bildung sonstiger Chloroplasten-Gene ("suppression of chloroplast gene expression") beteiligt ist. Möglich macht dies vermutlich ein rückwärtig verlaufendes Sauerstoff-Signal. Auf diese Weise wird eine durch die Chloroplasten vermittelte Reprogrammierung der Gene möglich, für die das neue Protein direkt verantwortlich zeichnet. Den japanischen Forschern ist es auf diese Weise auf jeden Fall gelungen, einen bislang unbekannten Kommunikationskanal zwischen den cytoplasmatischen Kernen und den sich in den Chloroplasten befindlichen Immunanlagen nachzuweisen. Sie konnten auf diese Weise erhellen, wie das pflanzliche Immunsystem funktioniert. Die entscheidende Frage, welche die Wissenschaft in Zukunft wird beantworten müssen, lautet: Ist CAS wirklich allein praktisch das funktionierende "transatlantische Telefonkabel" zwischen Kern und den Chloroplasten-Speichern, nach dem die Forscher seit Jahrzehnten gesucht haben oder gibt es noch mehr zu entdecken?