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LMU-Forschende zeigen, dass bestimmte Ionenkanäle eine schnelle Übertragung von Stress-Signalen in die Chloroplasten ermöglichen und damit die Abwehr bei wiederkehrendem Stress verstärken.
Wenn Pflanzen von Fraßfeinden oder von Krankheitserregern angegriffen werden, müssen sie schnell reagieren und sich bestenfalls gleichzeitig gegen zukünftige Angriffe wappnen. Eine wichtige Rolle spielen dabei Calcium als Botenstoff sowie das Pflanzenhormon Jasmonsäure: Innerhalb von Sekunden nach einer Verletzung setzt die Pflanze Calciumwellen frei, die Informationen über den Angriff weiterleiten. Des Weiteren wird im Chloroplasten die Synthese von Vorstufen der Jasmonsäure initiiert, die letztendlich nach einigen Zwischenschritten im Zellkern die Expression von Abwehrgenen induziert.
Wie die schnellen Calcium-Signale in den Chloroplasten gelangen und mit der durch Jasmonsäure vermittelten Abwehr zusammenhängen, war bislang jedoch weitgehend unbekannt. LMU-Forschende unter der Leitung von Professor Hans-Henning Kunz und Professor Christian Grimm konnten nun zeigen, dass dabei bestimmte Kationenkanäle, die als PECs bezeichnet werden, eine wichtige Rolle spielen: Diese vermitteln schnelle Ionenströme in den Chloroplasten, die die Forschenden mithilfe elektrophysiologischer Messungen an isolierten Chloroplasten zum ersten Mal in Arabidopsis direkt nachverfolgen konnten. Dabei übertragen PEC Kanäle auch einen Teil der stressinduzierten Calciumsignale vom Cytosol in das Innere der Chloroplasten. Die durch Fraßfeinde oder Pathogene aktivierte Jasmonsäuresynthese induziert nach wenigen Stunden und über mehrere Tage hinweg die vermehrte Produktion von PEC Kanälen.
„Hält der Stress an oder wiederholt sich – zum Beispiel durch einen erneuten Stresstrigger – kann dadurch im Chloroplasten ein stärkeres Calciumsignal ausgelöst werden“, sagt Erstautorin Susanne Mühlbauer. Dies unterstützt letztendlich die Bildung weiterer Jasmonsäure und versetzt die Pflanze in einen gestressten Zustand, in dem sie eine schnellere und stärkere Verteidigungsreaktion abrufen kann – und infolgedessen beispielsweise eine höhere Resistenz gegen den Schimmelpilz Botrytis cinerea aufbaut, wie die Forschenden nachwiesen. „PECs helfen der Pflanze somit dabei, sich durch einen ersten Stress auf weitere Angriffe vorzubereiten und ihre Abwehr nachhaltig zu verstärken“, so Kunz.
Prof. Dr. Hans-Henning Kunz
Lehrstuhl für Biochemie und Physiologie der Pflanzen
Biozentrum der LMU München
Fakultät für Biologie
Phone: +49 (0)89 / 2180 - 74750
E-Mail: kunz@lmu.de
S. Mühlbauer et al.: PLASTID ENVELOPE ION CHANNELS (PEC1/2) link Ca2+ and jasmonic acid signaling in plant cells. PNAS 2026
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2525536123
Criteria of this press release:
Journalists
Biology
transregional, national
Research results
German
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