Eine aktuelle Studie hat die raffinierten Methoden enthüllt, mit denen Krankheitserreger die Abwehrkräfte von Pflanzen schwächen. Sie zeigt, wie das Effektorprotein eines Krankheitserregers das Chloroplastenprotein StFC-II angreift, dessen Konzentration in den Chloroplasten erhöht und die Fähigkeit der Pflanze, reaktive Sauerstoffspezies (ROS) zu erzeugen, verringert. Diese Manipulation beeinträchtigt die Immunantwort der Pflanze erheblich und bietet neue Einblicke in mögliche Strategien zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Pflanzen gegen Infektionen.
Die Arbeit ist veröffentlicht im Journal Gartenbauforschung.
Der andauernde Kampf zwischen Pflanzen und Krankheitserregern ist geprägt durch Millionen Jahre Koevolution. Während Pflanzen komplexe Immunsysteme entwickelt haben, um Eindringlinge abzuwehren, entwickeln Krankheitserreger ständig Strategien, um diese Abwehrmechanismen zu umgehen. Eine dieser Strategien besteht darin, Chloroplastenproteine anzugreifen, die sowohl für die Photosynthese als auch für die Immunität entscheidend sind. Das Verständnis, wie Krankheitserreger diese Proteine ausnutzen, ist entscheidend für die Entwicklung neuer Ansätze zur Stärkung der Pflanzenresistenz.
Die von Wissenschaftlern der Huazhong Agricultural University geleitete Forschung untersucht, wie der Phytophthora infestans-Effektor Pi22922 das Chloroplastenprotein StFC-II in Kartoffeln angreift. Die Studie zeigt, dass Pi22922 mit StFC-II im Zytoplasma interagiert, dessen Abbau verhindert und seine Ansammlung in Chloroplasten fördert. Dieser Prozess stört die Rolle des Chloroplasten bei Immunreaktionen und macht die Pflanze anfälliger für Infektionen.
Die Studie unterstreicht die entscheidende Rolle des Chloroplastenproteins StFC-II bei der Immunität von Pflanzen und zeigt, wie seine Manipulation durch den Effektor Pi22922 die Abwehrkräfte der Pflanzen untergräbt. Die Forscher entdeckten, dass Pi22922 StFC-II im Zytoplasma stabilisiert, was zu seiner übermäßigen Ansammlung in Chloroplasten führt. Dieses Ungleichgewicht stört die Chlorophyll- und Hämbiosynthese, was zu einer deutlichen Verringerung der Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) führt – ein Schlüsselelement der Immunantwort der Pflanze. Die Überexpression von StFC-II in gentechnisch veränderten Kartoffeln zeigte außerdem eine erhöhte Anfälligkeit für Infektionen und verdeutlichte damit einen komplexen Mechanismus, durch den Krankheitserreger die Immunität der Pflanzen beeinträchtigen.
„Das Verständnis der Wechselwirkung zwischen Pathogeneffektoren und Wirtsproteinen ist entscheidend für die Entwicklung wirksamerer, krankheitsresistenterer Nutzpflanzen. Diese Studie enthüllt einen bisher unbekannten Mechanismus, durch den ein Pathogen ein Chloroplastenprotein manipuliert, um die Immunität der Pflanze zu unterdrücken“, sagte Professor Zhendong Tian, der korrespondierende Autor der Studie.
Die Erkenntnisse aus dieser Forschung könnten große Auswirkungen auf die landwirtschaftliche Praxis haben. Durch gezieltes Angreifen der Mechanismen, die Chloroplastenproteine wie StFC-II regulieren, könnte es möglich sein, Nutzpflanzen zu züchten, die resistenter gegen Krankheitserreger wie Phytophthora infestans sind. Zukünftige Forschung könnte Gen-Editierungstechnologien erforschen, um diese lebenswichtigen Proteine vor der Manipulation durch Krankheitserreger zu schützen und so den Weg für widerstandsfähigere Nutzpflanzensorten zu ebnen.
Weitere Informationen:
Meng Xu et al., Das Chloroplastenprotein StFC-II wurde durch einen Phytophthora-Effektor manipuliert, um die Anfälligkeit des Wirtes zu erhöhen. Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae149