Angriff auf der Protein-Ebene: Xanthomonas-Bakterien befallen Tomaten- und Paprikapflanzen und schleusen schädliche Eiweiße in die Zellen der Pflanzen ein. Wie einer dieser Stoffe die Nährstoffversorgung und den Hormonhaushalt der Pflanzen manipuliert, haben nun Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), der Universität Bonn, der Universität Freiburg und des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle herausgefunden. Ihre Studie erschien kürzlich im renommierten Fachjournal Nature Communications.
Die Arbeitsgruppe der halleschen Pflanzengenetikerin Prof. Dr. Ulla Bonas erforscht seit Langem die Wechselwirkung zwischen krankheitserregenden Bakterien und Pflanzen. Im Fokus der Gruppe stehen Bakterien der Gattung Xanthomonas, die vor allem Tomaten- und Paprikapflanzen befallen. Bereits in früheren Arbeiten konnte die hallesche Arbeitsgruppe zeigen, dass die Bakterien viele schädliche Proteine, sogenannte Effektoren, mit Hilfe einer molekularen Spritze in Pflanzenzellen einschleusen. "Dieser Proteincocktail schwächt die Abwehr der Pflanze und erlaubt es den Bakterien, sich ungehindert in den Pflanzen zu vermehren. Die Pflanzen altern schneller, werfen ihre Blätter ab und produzieren weniger Früchte", sagt Prof. Dr. Ulla Bonas von der MLU.
Eines dieser schädlichen Proteine ist XopH. Die Arbeitsgruppen aus Halle, Bonn und Freiburg sind der Wirkweise dieses speziellen Proteins auf den Grund gegangen. Mit Hilfe eines neu entwickelten Analyseverfahrens der Freiburger Forscher konnten sie zeigen, dass das XopH-Protein gezielt einen der Hauptphosphorspeicher in den Pflanzenzellen angreift und zersetzt. "Wenn XopH diesen Speicher zersetzt, nimmt es der Pflanze wahrscheinlich nicht nur die Nährstoffe weg, es bereitet diese gleichzeitig für die schädlichen Bakterien auf", erklärt Bonas. Außerdem schwächt das Protein so vermutlich die Abwehrkräfte der Pflanze und verändert ihren Hormonhaushalt, was sich daran zeigt, dass die Pflanzen nicht mehr so gut wachsen.
Einige Wirtspflanzen haben sich auf den Befall durch die Xanthomonas-Bakterien eingestellt und können die Manipulation durch XopH erkennen. "Wie das genau passiert, ist noch nicht geklärt. Die Folge ist aber immer die gleiche: Das mit den Pathogenen befallene Gewebe stirbt ab, um den infizierten Bereich abzuriegeln und so die weitere Verbreitung der Bakterien in der Pflanze einzudämmen", fasst Bonas zusammen.
Die Studie in Nature Communications liefert eine weitere Antwort auf die Frage, wie Bakterien Pflanzen schädigen und wie diese darauf reagieren. Insgesamt ist jedoch noch viel Grundlagenforschung notwendig, um diesen Prozess vollständig zu verstehen: XopH ist nur eines von insgesamt mehr als 35 Effektor-Proteinen, die die Bakterien in die Pflanzen spritzen, um sie zu besiedeln.
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Journal
Nature Communications