Die Kraft der Duftstoffe oder wie Pflanzen Krankheiten abwehren

Die erstmals in Nadelbäumen entdeckten, Monoterpene erzeugen nicht nur den für Menschen angenehmen Duft des Waldes. Ihnen kommt auch eine für Pflanzen überlebenswichtige Aufgabe zu. Dies haben Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München (HMGU) nun im Fachjournal ‚The Plant Cell‘ veröffentlicht.

Dass Duftstoffe Nadelbäumen auch in bakteriell befallenen Pflanzen eine Immunantwort erzeugen und gleichzeitig Warnsignale für ihre Nachbarn sind, konnte das Team um Dr. Corina Vlot-Schuster, Arbeitsgruppenleiterin am Institut für Biochemische Pflanzenpathologie (BIOP) des Helmholtz Zentrums München am Pflanzenmodell Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) erstmals nachweisen. „Wir haben festgestellt, dass die Monoterpene* α-Pinene und β-Pinene eine Kaskade von Abwehrreaktionen in von Krankheitserregern befallenen Pflanze anstoßen“,  schildert Vlot-Schuster.  „Es kommt dann zu einer ganzen Reihe von Abwehrmechanismen: Die Salicylsäure-abhängige Immunantwort innerhalb der Pflanze wird hochgefahren. Es bilden sich vermehrt reaktive Sauerstoffspezies wie zum Beispiel Sauerstoffradikale, und pathogenbezogene Gene werden verstärkt abgelesen“. „Dies alles sind eindeutige, systemische Abwehrreaktionen einer Pflanze“, fügt Prof. Dr. Jörg-Peter Schnitzler, Leiter der Abteilung für Experimentelle Umweltsimulation (EUS) am HMGU hinzu. „Dabei konnten wir nachweisen, dass auch Pflanzengewebe, die weit vom Eindringungsort der Krankheitserreger liegen, alarmiert und auf einen Angriff vorbereitet sind“.

Das ‚Cry-for-Help‘-Prinzip

Ähnliche, flüchtige organische Verbindungen sind in der pflanzlichen Abwehr gegen Insekten bereits bekannt. So wusste man, dass Pflanzen bei Raupenbefall Duftstoffe erzeugen, die Schlupfwespen anlocken. Diese legen ihre Eier in die Raupen und befreien somit die Pflanze vom Schädlingsbefall. „Das als ‚Cry-for-Help’ bekannte Prinzip funktioniert also auch bei bakteriellem Befall“, sagt Marlies Riedlmeier, Doktorandin am BIOP und gemeinsam mit Kollegin Marion Wenig und Andrea Ghirardo, Wissenschaftler in EUS, Erst-Autorin der Arbeit.  „Nur werden hier auch interne, systemische Abwehrmechanismen in der Pflanze aktiviert“, fügt sie hinzu. „Außerdem werden benachbarte Pflanzen auf diesem Weg in eine Art Alarmzustand versetzt und somit optimal auf einen eventuellen Bakterienbefall vorbereitet“, ergänzt Andrea Ghirardo.“ Die nun vorliegenden Ergebnisse erweitere das ‚Cry-for-Help‘-Prinzip, das bis jetzt auf flüchtige Signale in der Interaktion zwischen Pflanzen und Insekten zuträfe, auf weiter Interaktionen von Pflanzen mit ihrer belebten Umwelt aus.

Pflanzenschutz der Zukunft

Auch Kräuter, die viele ätherische Öle enthalten, verströmen Monoterpene und können somit potenziell den Abwehrmechanismus von direkten Nachbarpflanzen auf einen eventuellen Befall aktivieren. Weil die durch diese pflanzliche Abwehrreaktion erworbene Resistenz gegen ein breites Spektrum von Krankheitserregern schützt, ähnelt sie einer Art Impfung. „Wir könnten uns vorstellen, dass das Prinzip der Signalübertragung zukünftig in Bereich des Pflanzenschutzes eine entscheidende Rolle spielen wird“, sagt Vlot-Schuster.

Weitere Informationen

Original-Publikation
Riedlmeier, M. et al. (2017): Monoterpenes Support Systemic Acquired Resistance within and between Plants,  DOI: 10.1105/tpc.16.00898

* Monoterpene fassen eine Gruppe von cyclische Stoffen, die aus einem Grundgerüst aus 10 Kohlenstoff Atomen bestehen, zusammen. Pinene gehören zu dieser Gruppe von flüchtigen Stoffen. Die Arbeit konzentriert sich auf die Pinene, schließt aber eine mögliche Funktion im gleichen Prozess von anderen Monoterpenen nicht aus.