Wie Pflanzen nützliche von schädlichen Mikroben unterscheiden – ScienceDaily

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Hülsenfruchtpflanzen binden mit Hilfe von symbiotischen Bakterien, Rhizobia, die ihre Wurzeln besiedeln, Luftstickstoff. Pflanzen müssen daher in der Lage sein, ihren Symbionten genau zu erkennen, um eine Infektion durch pathogene Mikroben zu vermeiden. Zu diesem Zweck verwenden Hülsenfrüchte verschiedene LysM-Rezeptorproteine, die sich auf der äußeren Zelloberfläche ihrer Wurzeln befinden. In der Studie veröffentlicht in WissenschaftEin internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Aarhus zeigt, dass pathogene (Chitin) oder symbiotische Signalmoleküle (Nod-Faktoren) an niedermolekularen Motiven auf den Rezeptoren erkannt werden, die die Signalausgabe entweder auf antimikrobielle Abwehr oder Symbiose lenken.

Alle Landpflanzen haben LysM-Rezeptoren, die den Nachweis verschiedener mikrobieller Signale gewährleisten. Es ist jedoch unbekannt, wie eine Pflanze eine symbiotische oder Immunantwort gegen eine ankommende Mikrobe auslöst. “Wir haben zunächst eine grundlegende und vielleicht zu Beginn naive Frage gestellt: Können wir die wichtigen Elemente anhand sehr ähnlicher Rezeptoren identifizieren, jedoch mit entgegengesetzter Funktion als Hintergrund für eine systematische Analyse?” sagt Zoltán Bozsoki. “Die erste Kristallstruktur eines Nod-Faktor-Rezeptors war ein Durchbruch. Sie gab uns ein besseres Verständnis dieser Rezeptoren und leitete unsere Bemühungen, sie in Pflanzen zu konstruieren.” Kira Gysel fügt hinzu.

Die Studie kombiniert die strukturunterstützte Dissektion definierter Regionen in LysM-Rezeptoren für biochemische Experimente und in der Planta-Funktionsanalyse. “Um diese Rezeptoren wirklich zu verstehen, mussten wir eng zusammenarbeiten und Strukturbiologie und Biochemie mit systematischen Funktionstests in Pflanzen kombinieren”, sagt Simon Boje Hansen. Mithilfe dieses Ansatzes identifizierten die Forscher bisher unbekannte Motive in der LysM1-Domäne von Chitin- und Nod-Faktor-Rezeptoren als Determinanten für Immunität und Symbiose. “Es stellt sich heraus, dass es nur sehr wenige, aber wichtige Reste gibt, die ein Immunsystem von einem symbiotischen Rezeptor trennen. Wir haben diese nun identifiziert und zum ersten Mal gezeigt, dass es möglich ist, LysM-Rezeptoren durch Ändern dieser Reste neu zu programmieren”, sagt Kasper Røjkjær Andersen.

Langfristiges Ziel ist es, die einzigartige Fähigkeit von Hülsenfrüchten zur Stickstofffixierung in Getreidepflanzen zu übertragen, um den Bedarf an umweltschädlichen Stickstoffdüngern zu begrenzen und den ärmsten Menschen auf der Erde zu helfen und sie zu stärken. Simona Radutoiu fasst zusammen: “Wir liefern jetzt das konzeptionelle Verständnis, das für ein schrittweises und rationales Engineering von LysM-Rezeptoren erforderlich ist. Dies ist ein wesentlicher erster Schritt in Richtung dieses ehrgeizigen Ziels.”

Quelle der Geschichte:

Materialien zur Verfügung gestellt von Universität Aarhus. Original geschrieben von Lisbeth Heilesen. Hinweis: Der Inhalt kann nach Stil und Länge bearbeitet werden.

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