Genetikern gelingt Durchbruch beim Kampf gegen bakterielle Krankheitserreger Wie Mikroben Reispflanzen überlisten - scinexx | Das Wissensmagazin
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Genetikern gelingt Durchbruch beim Kampf gegen bakterielle Krankheitserreger

Wie Mikroben Reispflanzen überlisten

Mit Xanthomonas infiziertes Tomatenblatt (li.) gegenüber einem gesunden Tomatenblatt (re.), dahinter eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Xanthomonasbakterien im Inneren eines Pflanzenblattes. © Sebastian Schornack, Gerd Hause, Jens Boch

Die Mikrobe Xanthomonas befällt wichtige Kulturpflanzen wie Reis, Paprika, Tomaten und Zitrusfrüchte, indem sie die Gene dieser Pflanzen manipuliert. Wie der Erreger das genau macht, haben jetzt deutsche Biologen herausgefunden. In „Science Express“ lüften sie das Geheimnis um den speziellen Code, den Xanthomonas zur Genmanipulation nutzt.

Die Kenntnis des Codes ist nach Angaben der Forscher für die Züchtung resistenter Pflanzen von entscheidender Bedeutung. Die zukunftsweisende Entdeckung besitzt zudem besonders in der Biotechnologie hohes Anwendungspotenzial.

„Mithilfe der Studie können erstmals Faktoren entwickelt werden, um beliebige Pflanzengene spezifisch zu regulieren“, sagt der Hauptautor der neuen Studie, Jens Boch von der Universität Halle-Wittenberg (MLU). „Wir müssen noch zeigen, ob das entdeckte Prinzip nur in Pflanzen funktioniert oder auch auf Tiere und Menschen übertragen werden kann“, so Boch weiter.

Reißverschlussprinzip im Einsatz

Die Wissenschaftler entdeckten ein neues, einzigartiges Muster, nach dem sich Proteine des Erregers an die Erbsubstanz (DNA) einer Pflanze binden. „Das funktioniert ein wenig wie das Reißverschlussprinzip: In der richtigen Kombination agieren diese Proteine ganz gezielt mit der Erbsubstanz im Zellkern der Pflanze“, erklärt Professorin Ulla Bonas, Leiterin der Abteilung für Pflanzengenetik.

Mithilfe des bislang unbekannten Musters können erstmals Proteine hergestellt werden, die bestimmte Bereiche der DNA ansteuern. „Bislang war es unmöglich, ein Protein zu bauen, das genau an eine bestimmte Sequenz der DNA bindet“, betont Bonas. In Science Express beweisen die halleschen Forscher, das genau dies nun möglich ist.

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Xanthomonas nutzt eine ausgeklügelte Strategie, um seine Wirtspflanze zu besiedeln. Direkt in die Pflanzenzelle injiziert der Erreger Proteine, die bis in den Zellkern vordringen, um dort die Aktivität pflanzlicher Gene zu manipulieren. Eine große und bedeutende Gruppe dieser Proteine sind die so genannten TAL-Effektoren. Wie TAL-Effektoren exakt jene Zielgene der Pflanze erkennen, auf die sie anschließend einwirken, war bisher ein Rätsel.

Ziel: Züchtung resistenter Pflanzen

Zu ihrem Erstaunen fanden Boch und Sebastian Schornack eine direkte Korrelation zwischen einzelnen Modulen in den Effektoren und den DNA-Bausteinen vor. „Das Prinzip ist sehr simpel und deshalb auch sehr elegant. Eine Serie von Modulen in TAL-Proteinen passt genau zu einer entsprechenden DNA-Bausteinabfolge“, erklärt Boch.

Die Kenntnis des Codes erlaubt nun nach Angaben der Forscher Vorhersagen darüber, wie Xanthomonas Pflanzenkrankheiten auslöst und ermöglicht dadurch die Züchtung resistenter Pflanzen. Die einzigartige modulare Bauweise ermöglicht es weiterhin, Proteine mit beliebiger DNA-Bindung im Labor herzustellen.

(idw – Universität Halle-Wittenberg, 30.10.2009 – DLO)

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