Stressabwehr bei Pflanzen: Ionenkanäle mit zentraler Rolle identifiziert

Bei der Abwehr von Herbivoren und Pathogenen sind Pflanzen auf eine rasche Signaltransduktion und eine nachhaltige Akkumulation von Abwehrmechanismen angewiesen. Eine zentrale Funktion übernehmen hierbei zelluläre Calcium-Signale sowie das Phytohormon Jasmonsäure. Unmittelbar nach einer mechanischen Schädigung breiten sich cytosolische Calciumwellen aus, um die Information des Reizes fortzuleiten. Parallel dazu wird im Chloroplasten die Biosynthese von Jasmonsäure-Vorstufen initiiert, deren nachgelagerte Reaktionskaskaden im Zellkern die Zielgenexpression defensiver Kaskaden induzieren.

Die Rolle von PEC-Kationenkanälen bei der Signalübertragung

Der genaue Importmechanismus dieser cytosolischen Calcium-Signale in die Chloroplasten sowie die Kopplung an die Jasmonsäure-vermittelte Stressantwort waren lange ungeklärt. Forschende der LMU unter der Leitung von Prof. Hans-Henning Kunz und Prof. Christian Grimm identifizierten nun die sogenannten PEC-Kationenkanäle als entscheidende Mediatoren. Mittels elektrophysiologischer Messungen an isolierten Chloroplasten von Arabidopsis thaliana konnten die assoziierten Ionenströme erstmals direkt nachgewiesen werden. Dabei translokieren PEC-Kanäle einen Teil der stressinduzierten Calcium-Signale vom Cytosol in das Stroma der Chloroplasten. Die durch Schadorganismen aktivierte Jasmonsäure-Synthese steigert wiederum über mehrere Tage hinweg die Expression dieser PEC-Kanäle.

Molekulares Gedächtnis zur nachhaltigen Abwehrverstärkung

„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.

Quelle

Ludwig-Maximilians-Universität München (08/2026)