Pflanzen schützen ihren Nachwuchs mit BAP
Pflanzen speichern in ihren Samen und Früchten große Mengen von Zucker- und Aminosäure-Nährstoffen als Grundversorgung für ihren Nachwuchs. Diese Vorräte haben Krankheitserreger, wie beispielsweise Schadpilze, zum Fressen gern. Um ihren Nachwuchs zu schützen, "vergiften" Pflanzen mit einer Reihe von Abwehrstoffen Früchte und Samen. Neben bereits bekannten, so genannten Defensinen und Enzyminhibitoren haben Wissenschaftler im Team um Dr. Richard Thompson am Kölner Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in jungen Maiskörnern jetzt ein weiteres Arsenal bisher unbekannter Abwehrproteine mit breiter fungizider - pilztötender - Wirkung entdeckt. Darüber berichten die Forscher in der neuesten Ausgabe vom 18. April 2001 in "The Plant Journal" (issue 25/6, pp 687-698).
Aufgespürt wurden die neuartigen Anti-Pilz-Proteine in der Grenzschicht zwischen der pflanzlichen Plazenta und dem heranwachsenden Maissamen. Sie werden deshalb als Basal Layer Antifungal Proteins (BAPs) bezeichnet. BAPs werden als inaktive Propeptide synthetisiert. Anschließend spalten Enzyme die Propeptide und setzen aktive BAP-Peptide frei. Sie bestehen aus etwa 40 Aminosäuren. Diese BAP-Peptide werden hauptsächlich in einer dicken, aus mütterlichem Gewebe aufgebauten Zellwand gespeichert, die an das Korn grenzt.
Hier reichern sich die aktiven Peptide innerhalb nur weniger Tage an, wenn Samen und Früchte sich entwickeln und die Konzentration an Nährstoffen besonders große Werte erreicht. Im reifen Korn hingegen sind die Abwehrproteine nicht zu finden. Vermutlich schützen die BAP-Peptide das junge Mais-Korn demnach über die nährstoffreichen, mütterlichen Versorgungszellen vor einem Angriff der Schadpilze.
Der Forschergruppe um Dr. Richard Thompson gelang der Nachweis, dass bereits geringste Konzentrationen an aktiven BAP-Peptiden das Wachstum des Getreide-Schädlings Fusarium culmoreum hemmen. Gleiches gilt auch für viele andere Pilzarten. So konnten die Wissenschaftler des Kölner Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung zeigen, dass BAP-Peptide nicht nur das Pilzwachstum unterdrücken, sondern auch die Pilzäste verkümmern lassen.
Einen Hinweis darauf, wie die BAP-Peptide ihre Wirkung entfalten, erhielten die Kölner Forscher mit Hilfe eines Nukleinsäure-bindenden Indikatorfarbstoffs. Dazu versetzten die Wissenschaftler verschiedene Schadpilze sowohl mit den Peptiden als auch mit dem Farbstoff. Daraufhin begannen die Zellkerne deutlich zu fluoreszieren. Der Farbstoff kann sich jedoch nur an die Nukleinsäuren binden, wenn er die Pilzmembranen durchdrungen hat. Das setzt voraus, dass die Membranen durchlässig bzw. beschädigt sind. Wie allerdings die BAP-Peptide in die Membran eindringen können, ist bisher noch unklar. Zur Zeit untersucht die Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut, ob die BAP-Peptide selbst Poren in der Membran verursachen oder ob sie mit spezifischen Rezeptoren zusammenwirken.
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