Ring frei für die Pflanze

Abwehrmechanismen der Pflanzen gegen Pathogene

Wird die Pflanze von Schadorganismen befallen, steht sie keinesfalls machtlos da, denn sie verfügt über eine Reihe von raffinierten Abwehrmechanismen und ist auch bereit, eigene Verluste in Kauf zu nehmen. Aber auch die Pathogene, Insekten und Herbivoren wissen sich zu helfen und passen sich und ihre Angriffsstrategien ständig an. Hier gilt: Der Angepasste gewinnt das unendliche Wettrüsten, doch es ist oft nur ein Sieg auf Zeit.

Die Grundausrüstung der Pflanze, die Basisresistenz, ist in allen Pflanzen vorhanden und ist ungerichtet, wirkt also gegen alle Angreifer gleichermaßen. Durch sie kann die Pflanze schon den Beginn des Befalls verhindern. Das Arsenal dieser Abwehrmechanismen besteht unter anderem aus einer dicken Wachsschicht, die das Eindringen des Erregers verhindert, Blatthaaren, Brennhaaren sowie einer Reihe chemischer Verbindungen, die als sekundäre Pflanzenstoffe bezeichnet werden. Dazu zählen phenolische Verbindungen, Phytoalexine und Defensine. Auch Farbe und Form der Pflanze beeinflussen den Befall. Rostpilze erkennen beispielsweise die Oberflächenstrukturen des potenziellen Wirtes und erst wenn die Pflanze als Wirt erkannt wird, wird das genetische Programm zum tatsächlichen Befall aktiviert.

Häufig reicht die Basisresistenz nicht aus, denn auch die Angreifer verfeinern ihre Strategien, passen sich an die Gegebenheiten der Zielpflanze an und überwinden die Barrieren. Dringt ein Virus oder ein Pilz in die Pflanze ein, wird es Zeit die Geschütze hochzufahren. Ab jetzt wird der Eindringling gezielt bekämpft – doch wie erkennt die Pflanze, um welchen Feind es sich handelt? Sie erkennt für den Angreifer typische Strukturen, die wie ein Fingerabdruck Rückschluss auf den Organismus zulassen. Chitin, eine Struktur, die in den Zellwänden von Pilzen vorkommt, kann zum Beispiel solch eine Abwehrreaktion auslösen. Wird die Struktur durch ein pflanzeneigenes Molekül, einen Rezeptor, erkannt, wird das Signal zum Angriff gegeben (Abb.1, Punkt 1). Im Falle des Chitins würden vermehrt Abwehrproteine (Chitinasen) gebildet werden, die die Zellwände der Pilze angreifen und abbauen.

Abbildung 1: Modellhafte Darstellung der Pflanzen-Pathogen-Interaktion

Je nach Pflanze und Angreifer kann die Abwehrstrategie jedoch ganz unterschiedlich sein. Meist wird zunächst die verwundete Stelle durch die Einlagerung von Lignin verstärkt, Pilze können dadurch sogar eingemauert werden. Bei Insektenbefall warnt Mais beispielsweise durch eine flüchtige chemische Verbindung seine Nachbarpflanzen und ruft sich dadurch gleichzeitig Alliierte in Form von Nützlingen heran.

Die Pflanzen gehen aber auch noch weiter und opfern sogar eigenes Gewebe um den Angreifern die Nahrungsgrundlage zu entziehen. Dieser Vorgang wird auch als Hypersensitive Reaktion oder als „programmierter Zelltod“ bezeichnet. Dabei werden Sauerstoffradikale oder abbauende Enzyme freigesetzt, die die eigenen Zellen abtöten. Der Feind kann sich nicht weiter ausbreiten und verhungert.

Diese, durch das Pathogen induzierten Abwehrreaktionen, können aber durch angepasste Organismen umgangen werden. Sie kennen den Code um die Alarmanlage auszuschalten und die Pflanze merkt nicht, dass sie bereits befallen wird. Durch sogenannte Effektormoleküle, die das Pathogen produziert, wird die Signalweiterleitung an das pflanzliche Immunsystem unterdrückt und die Pflanze wird wieder anfällig für den Angreifer (Abb.1, Punkt 2).

Abbildung 2: Hypersensitive Reaktion nach Mehltaubefall

Genau das schaffte in den letzten Jahren immer wieder der Gelbrost, wodurch es bei günstigen Witterungsbedingungen zu starken Epidemien kam.

Besonders ein Gelbrost-Typ, die „Warrior-Rasse“ durchbricht eine Resistenz nach der anderen. Grund dafür ist die schnelle genetische Rekombination, die zu einer zügigen Anpassung an die Abwehrmechanismen der Pflanze führt. Benannt ist die Rasse nach der Weizensorte „Warrior“, dessen Resistenz sie als erstes durchbrach. Mittlerweile hat dieser Gelbrosttyp über 10 Resistenzgene (Yr-Gene) überwunden, wodurch viele Weizen- und
Triticale-Sorten anfällig geworden sind.

Bedeutet dies das Ende für die Pflanze? Nicht unbedingt: In der nächsten Stufe der Koevolution erkennt die Pflanze wiederum mithilfe von spezifischen Rezeptoren die Effektormoleküle des Angreifers und übermittelt das Angriffssignal auf anderem Weg (Abb. 1, Punkt 3). Kommt es trotzdem zu einem Befall der Pflanze, fehlt ihr das passende Resistenzgen, oder die Kraft die Abwehrmechanismen aufrecht zu erhalten. Der Kampf gegen die Angreifer raubt der Pflanze sehr viel Energie und kostet in jedem Fall Ertrag.

Um das zu verhindern, kann sie mit Pflanzen­­schutzmitteln unterstützt werden. Sie helfen der Kultur ihre Kräfte zu sparen und das Ertragspotenzial auszuschöpfen, denn Weglaufen kommt nicht infrage.

Abbildung 3: Gelbrostbefall im Weizen