Neuer Immunmodulator in Kartoffel entdeckt.
Pflanzliche Immunrezeptoren erkennen im Bedrohungsfall durch Krankheitserreger oder Fraßfeinde verschiedene Strukturen, wie Pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs), mit Beschädigung assoziierte molekulare Muster (DAMPs) und Phytozytokine. Phytozytokine sind pflanzliche Peptide, die nach Erregerbefall im Zellinneren produziert und in den Apoplasten transportiert werden. Hier regulieren sie die pflanzliche Immunantwort durch Aktivierung eines Signalweges, der sich mit jenen durch PAMP und DAMP induzierten Signalkaskaden überschneidet. IPB-Wissenschaftler/innen haben jüngst zwei neue Phytozytokinmoleküle für die Kartoffel entdeckt. Dafür applizierten sie das ursprünglich in Phytophthora entdeckte PAMP Pep-13 auf die Kartoffelpflanzen und durchforsteten anschließend die mehr als 1200 aktivierten Gene auf Kandidaten, die bei der pflanzlichen Immunantwort eine Rolle spielen.
Im Ergebnis dieser Transkriptomanalysen in Solanum tuberosum konnten sie zwei neue PAMP-induzierte sekretierte Peptide, die StPIPs, identifizieren, deren Expression nach Pep-13-Behandlung erhöht war. Auch die Infizierung der Kartoffelpflanzen mit dem (gesamten) Erreger der Kraut- und Knollenfäule Phytophthora infestans und ebenso die Infiltration einer synthetischen und verkürzten Variante des StPIPs führte zur Aktivierung der StPIP-Gene und dann zur Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies und weiteren Abwehrstoffen in der Pflanze. Die Perzeption von Pep-13 und – wie die Hallenser Wissenschaftler jetzt herausfanden - auch von StPIP erfolgt in der Kartoffel über die Co-Rezeptoren SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR KINASE 3A/B. Transgene Kartoffelpflanzen mit einer verminderten Expression der Co-Rezeptoren sind daher im Abwehrszenario nicht in der Lage, reaktive Sauerstoffspezies zu bilden oder die Abwehrkinasekaskade in Gang zu setzen.
Um als Phytozytokine wirken zu können, müssen die Peptide im Apoplast vorhanden sein. Dies kann durch Sekretion geschehen oder durch Freisetzung in den Apoplasten nach einer Zellschädigung. Für die Kartoffel-StPIPs konnten die Hallenser Wissenschaftler zeigen, dass der Transport in den Apoplasten von einem N-terminalen Signalpeptid abhängt und demnach auf sekretorischem Wege geschieht. Die Aminosäuresequenzen von StPIP und auch seine Funktionsweise zeigen starke Ähnlichkeiten zum bereits bekannten Phytozytokin AtPIP aus Arabidopsis thaliana. Phytozytokine sind wichtige Faktoren der pflanzlichen Immunantwort, so das Fazit der Wissenschaftler. Sie werden von Plasmamembranrezeptoren erkannt und verstärken die Immunreaktionen durch Erhöhung des zytosolischen Kalziums, Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies, Aktivierung von MAP-Kinasen und Reprogrammierung der Transkription.
