Es wird gesagt, dass 10 bis 15 % der weltweiten landwirtschaftlichen Produktionsverluste auf Krankheiten zurückzuführen sind. Und da 70-80% dieser Pflanzenkrankheit durch Fadenpilze verursacht wird, ist der Schutz der Kulturpflanzen vor Fadenpilzen ein wichtiges Thema, um die Weltbevölkerung effektiv zu ernähren. Damit pathogene Pilze Pflanzen infizieren können, müssen sie die Epidermiszellen der Pflanze durchbrechen und in das Innere eindringen. Mit anderen Worten, pflanzliche Epidermiszellen wirken als erste Barriere, um den Angriff pathogener Pilze in der Umwelt zu stoppen. Welche Abwehrfunktionen haben also epidermale Zellen?
Interessanterweise war bekannt, dass die Epidermis von Pflanzen kleine Chloroplasten enthält, die nicht so an der Photosynthese beteiligt sind. Es war jedoch unklar, welche Funktion es hatte. Warum gibt es kleine Chloroplasten in der Epidermis von Pflanzen, die nicht viel zur Photosynthese beitragen?
Assistenzprofessor Hiroki Irieda von der Fakultät für Landwirtschaft der Universität Shinshu und Professor Yoshitaka Takano von der Graduate School of Agriculture der Universität Kyoto fanden heraus, dass kleine Chloroplasten in der Epidermis von Pflanzen das Eindringen von Pilzpathogenen kontrollieren. Das Duo entdeckte, dass die kleinen Chloroplasten als Reaktion auf den Pilzbefall innerhalb der Zelle dramatisch an die Oberflächenschicht wandern und an einer solchen Abwehrreaktion beteiligt sind.
In dieser Studie untersuchte das Duo zunächst, auf welche Art von pathogenen Pilzen die epidermalen Chloroplasten reagieren. Als Ergebnis fanden sie heraus, dass mehrere pathogene Fadenpilze die Oberflächenmigration epidermaler Chloroplasten verursachen. Interessanterweise wurde auch festgestellt, dass diese pathogenen Fadenpilze die sogenannten „nicht adaptierten“ waren und vom Eindringen in Epidermiszellen blockiert wurden. Auf der anderen Seite dringen adaptierte pathogene Pilze eher in die Epidermis von Pflanzen ein, bei denen die epidermalen Chloroplasten aufgehört haben, in die Oberflächenschicht zu wandern.
Als nächstes gelang es ihnen, Pflanzenproteine zu finden, die an der Oberflächenmigration epidermaler Chloroplasten beteiligt sind. Wenn eine Pflanze, die dieses Protein überproduziert, durch Gentransfer-Einführung erzeugt wurde, wanderten epidermale Chloroplasten gegen pathogene Fadenpilze nicht in die Oberflächenschicht. Bei dieser transgenen Pflanze ist die Immunität gegen die epidermale Invasion von pathogenen Fadenpilzen reduziert. Es wurde auch festgestellt, dass bei Pflanzen, bei denen die epidermalen Chloroplasten aufgehört haben, in die Oberflächenschicht zu wandern, pathogene Pilze mit größerer Wahrscheinlichkeit in die Epidermis eindringen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Migration epidermaler Chloroplasten in die Oberflächenschicht an der Abwehrreaktion beteiligt ist, die die Invasion pathogener Pilze blockiert.
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