Jedes Pflanzenblatt besitzt Hunderte Poren, die den Austausch von Gasen mit der Umwelt ermöglichen. Diese sogenannten Spaltöffnungen sind essenziell für die Photosynthese. Die Größe der Öffnungen ist dynamisch geregelt, so dass sich die Pflanzen an wechselnde Bedingungen wie Sonnenlicht, Dürre und Regen anpassen können. Das Öffnen und Schließen geschieht durch das Anschwellen und Schrumpfen von zwei sogenannten Schließzellen, die den Rand der Pore ringförmig umschließen.
Teil des Immunsystems
Dieser Mechanismus setzt auch ein, wenn sich die Pflanze potenziell krankmachenden Mikroben ausgesetzt sieht. Das Schließen der Zellen ist Teil des pflanzlichen Immunsystems: Rezeptoren erkennen typische Strukturen von Mikroben, etwa Bakteriengeißeln. Dies führt zu einer Reihe von Reaktionen, die letztlich das Eindringen und die Vermehrung der Mikroben blockieren. Eine dieser Reaktionen ist der Verschluss der Spaltöffnungen durch einen raschen Einstrom von Kalzium-Ionen.Lange Suche nach fehlendem Bindeglied
„Die Identität der Kanäle, die diese schnelle Bewegung von Kalzium bewirken, war aber noch unbekannt“, sagt Cyril Zipfel, Professor für Molekulare und Zelluläre Pflanzenphysiologie an der Universität Zürich. Nach sechs Jahren Forschung hat er nun eine Studie veröffentlicht, die diese Lücke schließt und den wichtigen Kalziumkanal identifiziert. Der entscheidende Hinweis war, dass das identifizierte Kanalprotein OSCA1.3 – dessen Funktion bisher unbekannt war – durch eine wichtige Komponente des pflanzlichen Immunsystems modifiziert wird: Diese Modifikation führt zur Öffnung des OSCA1.3-Kanals, zum Einströmen von Kalzium-Ionen in die Schließzellen und zum Schließen der Spaltöffnungen.
Künftige Forschung zu resistenten Nutzpflanzen
Zipfels Team konnte zeigen, dass diese Reaktion gezielt ausgelöst wurde, wenn Pflanzen in Kontakt mit Teilen von Bakteriengeißeln kamen, einem der mikrobiellen Auslöser des pflanzlichen Immunsystems. „Unsere Erkenntnisse haben das Potenzial, bei der Entwicklung von resistenten Nutzpflanzen zu helfen.“ Bei realer und erheblicher Bedrohung durch Krankheitserreger könnten die Nutzpflanzen dann die Eingangspforten schließen, die gefährlichen Mikroben normalerweise das Eindringen in ihr Gewebe ermöglichen.
