Im Schutz der Dunkelheit

Die Induktion von Regulatoren der pflanzlichen Langzeit-Abwehr ist bei Pathogen-Exposition bei Dunkelheit weniger stark ausgeprägt als bei Helligkeit

Im Gegensatz zu den meisten Tieren sind Pflanzen sessile Organismen und daher empfindlich gegenüber geringfügigen Änderungen ihrer Umwelt. Pflanzen nutzen diverse Resistenz-Mechanismen, um mit vielfältigen biotischen und abiotischen Stressbedingungen umgehen zu können. Einer dieser ausgeklügelten Mechanismen wird als systemisch erworbene Resistenz (auf Englisch „systemic acquired resistance” oder kurz „SAR”) bezeichnet. Bei der SAR handelt es sich um eine lang anhaltende, durch Erkennung von Pathogen-Befall induzierte Resistenz aller Pflanzenteile gegen weitere Pathogen-Infektionen. Im Arabidopsis thaliana / Pseudomonas syringae –Pathosystem geht die Pathogen-getriggerte Induktion lokaler Abwehrreaktionen einher mit der Aktivierung mobiler Signale, welche in von der Infektionsstelle entfernte Blätter transportiert werden könnten. Unsere Arbeitsgruppe zeigte, dass die nicht-proteinogene Aminosäure Pipecolinsäure (Pip), welche aus Lysin von der Pflanze hergestellt wird, eine Schlüsselrolle in der Aktivierung der SAR und der Etablierung eines SAR-assoziierten „Priming“-Zustandes innehat. Neben Pip gibt es mehrere weitere potenzielle SAR-Signale wie z.B. Methylsalicylat (MeSA), das Diterpenoid Dehydroabietinal, Glycerin-3-phosphat und Azelainsäure. Frühere Studien, die sich mit Langstrecken-Signalwegen befassten, lassen vermuten dass die Tageszeit, in der die Primärinfektion stattfindet – und somit auch die Länge der Lichtperiode vor Pathogenbefall – ein entscheidender Faktor dafür sein könnte, wie viel Gewicht der Beitrag eines bestimmten Signals zur Etablierung der SAR besitzt. Neben Licht können weitere Umweltfaktoren wie z.B. die Nährstoffversorgung mit Stickstoff entscheidend sein für die Biosynthese und Funktion von vermeintlichen SAR-Signalen. Basierend auf den Ergebnissen unserer Experimente konnten wir beweisen, dass die Pip-Biosynthese und die Funktion von Pip als Regulator im „Priming“ von Abwehrreaktionen lichtabhängige Prozesse darstellen.

Unser Projekt innerhalb von CEPLAS hat zum Ziel genau zu definieren, auf welche Weise und in welchem Umfang die Biosynthese und Funktion der Haupt-SAR-Regulatoren (v.a. Pip) lichtabhängig sind. Des Weiteren soll das Zusammenspiel vermeintlicher SAR-Signale mit weiteren beteiligten Elementen im Rahmen von morgendlicher und abendlicher Pathogen-Inokulation aufgeklärt werden. Für die Zukunft haben wir uns zum Ziel gesetzt, besser zu verstehen wie Pflanzen unterschiedliche Signalwege miteinander kombinieren, um ihre Reaktion auf simultan auftretende abiotische und biotische Stressoren zu optimieren.

Ziba Ajami-Rashidi, Institut für Molekulare Ökophysiologie der Pflanzen, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf

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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.

Ausgewählte Publikationen

Griebel T, Zeier J (2008) Light Regulation and Daytime Dependency of Inducible Plant Defenses in Arabidopsis: Phytochrome Signaling Controls Systemic Acquired Resistance Rather Than Local Defense. Plant physiology 147(2):790-801. [Abstract]

Návarová H, Bernsdorff F, Döring AC, Zeier J (2012) Pipecolic Acid, an Endogenous Mediator of Defense Amplification and Priming, Is a Critical Regulator of Inducible Plant Immunity. The Plant cell 24(12):5123-5141. [Abstract]

Bernsdorff F, Döring AC, Gruner K, Schuck S, Bräutigam A, Zeier J (2016) Pipecolic Acid Orchestrates Plant Systemic Acquired Resistance and Defense Priming via Salicylic Acid-Dependent and -Independent Pathways. The Plant cell 28(1):102-129. [Abstract]

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