Mit Senföl gegen den Feind

Senfölglycoside, auch Glucosinolate, sind schwefel- und stickstoffhaltige chemische Verbindungen, die aus Aminosäuren gebildet werden. Diese sekundären Pflanzenstoffe kommen nur in wenigen Pflanzenfamilien wie den Kreuzblütlern vor und sind in Pflanzen wie Meerrettich, Senf, Kresse, Kapuzinerkresse und Kohl für den scharfen Geschmack und den stechenden Geruch verantwortlich.

Wird das Pflanzengewebe z.B. durch Pflanzenfresser zerstört, wandeln sich die Glucosinolate durch enzymatische Reaktionen in Senföle um. Genau genommen sind diese Senföle für die biologischen Funktionen der Glucosinolate verantwortlich. Durch ihre toxischen Eigenschaften schützen sie die Pflanzen vor vielen verschiedenen Schädlingen und auch mikrobiellen Krankheitserregern.
Diese sekundären Pflanzenstoffe haben aber nicht nur für die Pflanze eine wichtige Funktion, neue Erkenntnisse zeigen, dass diese Substanzen in der Nahrung auch den Menschen vor Infektionen schützen und sogar die Krebsprävention unterstützen.

Baumwolleulenraupen-Fraßversuch mit Blättern von genetisch veränderten Linien mit verringertem Glucosinolatgehalt (Col-0 = Wildtyp)

Die Synthese dieser Abwehrstoffe wird seit Jahren in der wissenschaftlichen Modelpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) untersucht und ist recht gut verstanden. Die aktuelle Forschung unserer Arbeitsgruppe befasst sich mit der Regulation dieser, für die Synthese notwendigen, Gene. Obwohl die Glucosinolate ständig in der Pflanze vorhanden sind werden nach Angriff durch verschiedene Schädlinge unterschiedliche dieser Glucosinolate produziert um für jeweiligen Aggressor die richtige chemische Verteidigung parat zu haben.
Besonders die Gruppe der indolischen Glucosinolate (von Tryptophan abgeleitet) reagiert sehr spezifisch auf diese unterschiedlichen Reize. In unserer aktuellen Publikation (Frerigmann and Gigolashvili 2014) zeigen wir, dass drei nah verwandte MYB-Proteine für die Integration dieser Signale verantwortlich sind. Diese MYB-Proteine sind sogenannte Transkriptionsfaktoren, die bestimmte Gene bei Bedarf „anschalten“ können. Blockiert man diese drei MYB-Gene bleiben die Gene der indolischen Glucosinolate aus, es werden keine Glukosinolate mehr gebildet und die Pflanze ist gegen Schädlinge wie Raupen quasi „wehrlos“. Weiterhin konnten wir zeigen, dass diese drei MYB-Proteine durch verschiedene Pflanzenhormone reguliert werden und damit die Produktion von diesen Abwehrstoffen entsprechend der Abwehrstrategie gegen die jeweiligen Pflanzenschädlinge anschalten.

Unser Beitrag im Rahmen von CEPLAS unterstützt das Verständnis der Regulation von pflanzlichen Abwehrstoffen, so dass Pflanzen (z.B. durch Züchtung) so verändert werden können, dass sie vermehrt derartige Abwehrstoffe bilden.

Beitrag von Henning Frerigmann, Biozentrum Köln

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Planter’s Punch

Unter der Rubrik Planter’s Punch wird jeden Monat ein bestimmter Aspekt des CEPLAS Forschungsprogramms vorgestellt. Alle Beiträge werden von Mitgliedern der Graduiertenschule und des Postdoc Programms erstellt.

Zugehörige Publikation

Frerigmann H, Berger B, & Gigolashvili T (2014) bHLH05 is an Interaction Partner of MYB51 and a Novel Regulator of Glucosinolate Biosynthesis in Arabidopsis. Plant physiology. [Abstract]

Frerigmann H & Gigolashvili T (2014) MYB34, MYB51 and MYB122 Distinctly Regulate Indolic Glucosinolate Biosynthesis in Arabidopsis thaliana. Molecular plant 10.1093/mp/ssu004. [Abstract]

Heinrich Heine University
University of Cologne
Max Planck Institute for Plant Breeding Research
Forschungszentrum Jülich