Forscher enträtseln molekulare Ursachen von bakterieller Pflanzenkrankheit Wie aus Pflanzen Zombies werden - scinexx | Das Wissensmagazin
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Forscher enträtseln molekulare Ursachen von bakterieller Pflanzenkrankheit

Wie aus Pflanzen Zombies werden

Der beginnende Befall mit Phytoplasmen bewirkt, dass diese Aster statt normaler Blütenblätter (rechts) nur noch verkümmerte Blattstrukturen (links) ausbildet. © Alan Lorance

Horrorszenario im Garten: Parasitische Bakterien verwandeln Pflanzen in wehrlose Brutstätten. Entscheidend ist dabei die Imitation eines Proteins, das die Entwicklung der Blüten steuert, wie deutsche Genetiker nun herausgefunden haben. Die gefälschte Kopie der Bakterien lässt die Pflanzen statt Blüten nur noch verkümmerte Blätter ausbilden. Verhindern lässt sich die bakterielle Infektion noch nicht.

Pflanzen und Insekten leben meist idyllisch zusammen und profitieren voneinander: Die blühenden Pflanzen liefern Nektar und Pollen als Nahrung, während die Insekten die Blüten bestäuben und so den Fortbestand der Pflanzen sichern. Doch gelegentlich spielen sich in dieser Idylle regelrechte Horrorszenarien ab: Manche Zikaden unter den Insekten bringen den Pflanzen schweres Unheil, aus dem es kein Entkommen gibt. „Die Insekten übertragen Bakterien, sogenannte Phytoplasmen, die den Lebenszyklus der Pflanzen zerstören“, erklärt Günter Theißen von der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU).

„Pflanzen werden zu lebenden Toten“

Statt Blüten bilden die befallenen Exemplare nur noch verkümmerte Blattstrukturen aus. Es gibt nichts mehr zu bestäuben, und geschlechtlich fortpflanzen können die Pflanzen sich nicht mehr. Obstbauern und Kleingärtner kennen diesen Befall als sogenannten „Besenwuchs“ an Apfelbäumen. Auch im Weinanbau oder der Pflanzenzucht führen solche Phytoplasmosen immer wieder zu Ertragsausfällen. „Diese Pflanzen werden zu lebenden Toten, die nur noch zur Verbreitung der Bakterien dienen“, veranschaulicht der Genetiker. Daher bezeichnen die Wissenschaftler solche befallenen Pflanzen auch als „Zombies“.

Das Team um Theißen hat nun ein wichtiges Puzzleteil aufgeklärt, wie die parasitären Bakterien so verheerend in die Entwicklung der Pflanze eingreifen. Hauptverantwortlich für die zombiehafte Existenz ist ein aus den Bakterien stammendes Protein namens SAP54. „Es ähnelt in seiner Struktur sehr stark einem Eiweiß, das in der Pflanze gemeinsam mit anderen Proteinen einen regulatorischen Komplex bildet, der für eine normale Blütenentwicklung sorgt“, beschreibt Erstautor Florian Rümpler von der FSU.

Bei fortschreitendem Befall bildet die Pflanze keine fortpflanzungsfähigen Blüten (oben links), sondern verkümmerte Blätter und vegetative Triebe (unten). © Alan Lorance

Die Gene für die Ausprägung der Blüten und anderer Pflanzenorgane werden durch sogenannte MADS-Domänen-Proteine reguliert. In einem Modell zeigten die Forscher, dass SAP54 diese Proteine perfekt nachahmt. Dadurch werden die „echten“ Proteine verdrängt und können ihre normale regulatorische Funktion nicht mehr ausüben. „Das verhindert die Ausbildung von Blütenblättern und –organen“, erklärt Rümpler.

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Keine Möglichkeit, die Infektion zu verhindern

Warum sich die Protein-Moleküle so stark ähneln, ist jedoch noch unklar. „Denkbar wäre, dass beide Eiweiße auf einen gemeinsamen Ursprung zurückgehen“, so Rümpler. Dies halten die Wissenschaftler jedoch für unwahrscheinlich. Sie vermuten dagegen, dass sich das Bakterien-Protein erst im Laufe der Evolution dem der Pflanzen immer weiter angenähert und so präzise an seinen Wirt angepasst hat.

Ob sich die neuen Erkenntnisse irgendwann praktisch nutzen lassen, bleibt abzuwarten. „Auch wenn wir den Infektionsprozess jetzt besser verstehen, haben wir bislang keine Möglichkeit, diesen zu verhindern“, so Studienleiter Theißen. Dennoch sehen er und seine Kollegen in den neuen Erkenntnissen einen vielversprechenden Ansatz für die weitere Grundlagenforschung. Die Folgen eines Phytoplasmabefalls könnten beispielsweise dabei helfen, die Entstehung der Blüte im Laufe der Evolution besser nachzuvollziehen. (Trends in Plant Science, 2015; doi: 10.1016/j.tplants.2015.08.004)

(Friedrich-Schiller-Universität Jena, 19.10.2015 – AKR)

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