Ein internationales Forschungsteam hat einen neuartigen Mechanismus entdeckt, mit dem ein Rezeptor pflanzeneigene Peptide erkennt. Die Entdeckung dieses Aktivierungsmechanismus schafft ein neues Paradigma, wie Pflanzen auf interne und externe Einflüsse reagieren. Die Studie Mechanisms of RALF peptide perception by a heterotypic receptor complex wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Ähnlich wie Insulin beim Menschen produzieren auch Pflanzen Peptidhormone, die interne Prozesse und Reaktionen steuern, darunter Wachstum, Entwicklung und Immunität. Dazu gehört RALF23 aus der großen Familie der RALF-Pflanzenpeptidhormone. Das Forschungsteam entdeckte nun einen neuartigen Mechanismus, wie Peptidsignale von den Pflanzenrezeptoren erkannt werden. Da RALF-Peptide verschiedene grundlegende Prozesse innerhalb der Pflanzen steuern, werden diese neuen Erkenntnisse das wissenschaftliche Verständnis vieler weiterer Rezeptoren begünstigen, die grundlegende Prozesse in Pflanzen regulieren.
Frühere Arbeiten der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Cyril Zipfel am Sainsbury Laboratory (Norwich, UK) und an der Universität Zürich hatten ergeben, dass RALF23 das pflanzeneigene Abwehrsystem reguliert. Durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Zipfels Gruppe und der Gruppe um Professor Dr. Jijie Chai am Innovation Center for Structural Biology und am Joint Center for Life Sciences der Universitäten Tsinghua und Peking (Peking, China) sowie an der Universität zu Köln konnten die Forscher nun die molekulare Grundlage für die Erkennung von RALF23 ermitteln. An dieser Arbeit waren auch Mitarbeiter des Gregor-Mendel-Instituts in Wien beteiligt.
Professor Jijie Chai sagt: Wir waren begeistert als wir sahen, dass RALF23 zwei verschiedene Arten von Proteinen benötigt eine Rezeptorkinase (FERONIA) und ein anderes, an der Außenseite der Zellmembran verankertes Protein um erkannt zu werden. Die Art und Weise, wie diese drei Proteine einen Komplexbilden, könnte auch auf andere Pflanzenrezeptoren zutreffen, die Peptidhormone erkennen.
Professor Cyril Zipfel fügt hinzu: FERONIA ist ein Pflanzenrezeptor, der vor über einem Jahrzehnt von meinem Kollegen Professor Ueli Grossniklaus an der Universität Zürich erstmals identifiziert wurde, und der eine wichtige Rolle bei der Fortpflanzung spielt. Heute wissen wir, dass dieser Rezeptor eine Schlüsselrolle in mehreren pflanzlichen Prozessen spielt. Da wir nun die molekularen Grundlagen verstehen, wie FERONIA RALF-Peptide erkennt, können wir untersuchen, wie dieser einzigartige Rezeptor zentrale Aspekte des Pflanzenlebens steuert.
Die Studie wurde von der National Natural Science Foundation of China, dem Ministry of Science and Technology, dem TsinghuaPeking Joint Center for Life Sciences, dem Advanced Innovation Center of Structural Biology in Peking, der Gatsby Charitable Foundation und der Universität Zürich gefördert.
Jijie Chai ist Alexander von Humboldt-Professor am Institut für Biochemie der Universität zu Köln. Er forscht dort und am Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung über den Aufbau von Proteinen, insbesondere Rezeptoren, die für die Immunabwehr von Lebewesen wichtig sind. Ob Mensch, Maus oder Getreide die beteiligten Proteine sind über die Grenzen des Tier- und Pflanzenreichs hinweg sehr ähnlich. Wer diese Proteine genau kennt, hat den Schlüssel dazu, das Immunsystem von Organismen gezielt zu beeinflussen. Indem Chai die komplexen Strukturen der Proteine beschreibt, liefert er wichtige Grundlagen für die Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten und die Entwicklung von Medikamenten, zum Beispiel gegen Entzündungskrankheiten.
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Veröffentlichung:
Yu Xiao, Martin Stegmann, Zhifu Han, Thomas A. DeFalco, Katarzyna Parys, Li Xu, Youssef Belkhadir, Cyril Zipfel and Jijie Chai, Mechanisms of RALF peptide perception by a heterotypic receptor complex, Nature, 10 July 2019.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1409-7
Journal
Nature