Forschungsbericht 1995-96
	Institut für Biochemie und Biotechnologie der Pflanzen Hindenburgplatz 55 48149 Münster Tel. (0251) 83 - 2 47 91 Fax (0251) 83 - 2 83 71 Geschf. Direktor: Prof. Dr. W. Barz

Forschungsschwerpunkte 1995 - 1996 Fachbereich 18 - Biologie Institut für Biochemie und Biotechnologie der Pflanzen Arbeitsbereich Prof. Dr. B. Moerschbacher

Chitin und Chitosan als Elicitoren der hypersensitiven Resistenzreaktion.

Die meisten Pflanzen sind gegen die meisten potentiellen Krankheitserreger resistent. Sie erreichen dies einerseits durch präformierte Resistenzfaktoren, wie eine dicke Kutikula oder stabile Zellwände, und durch post-infektionell induzierbare, aktive Resistenzmechanismen, wie die Bildung antimikrobiell wirksamer Phytoalexine. Ein besonders prominenter, aktiver Resistenzmechanismus ist der sogenannte hypersensitive Zelltod, bei dem nur einige wenige, von einem Pathogen befallene Wirtszellen absterben, so das weitere Wachstum des Parasiten verhindern und damit die gesamte Pflanze vor Befall schützen. Ausgelöst wird der hypersensitive Zelltod wie andere induzierbare Resistenzreaktionen wahrscheinlich durch die Anwesenheit bestimmter Oberflächenmoleküle des Pathogens, sogenannter Elicitoren. Als solche sind bei pilzlichen Pathogenen v.a. Zellwandbestandteile beschrieben worden. Chitin oder sein partiell de-acetyliertes Gegenstück Chitosan bildet typischerweise die Gerüstsubstanz pilzlicher Zellwände, und Bruchstücke dieser Polymere werden in einer infizierten Pflanze wahrscheinlich durch pflanzeneigene Chitinasen und vielleicht Chitosanasen aus dem Verband der pilzlichen Zellwand herausgelöst. Die diffusiblen Bruchstücke können dann von molekularen Rezeptoren auf der Pflanzenzelloberfläche erkannt werden und so aktive Resistenzreaktionen auslösen.

In diesem Projekt befassen wir uns mit dem Chitin bzw. Chitosan der Zellwand des Rostpilzes einerseits und mit den Chitinasen und Chitosanasen der von diesem Pilz befallenen Weizenpflanze andererseits. Wir haben den Gehalt (22 %) und Acetylierungsgrad (90 %) des Chitins in den Keimschläuchen des Pilzes analysiert. Mittels Solvolyse in wasserfreiem Fluorwasserstoff (HF) haben wir das Chitin mit seinem natürlichen in muro Acetylierungmuster isoliert und seine Elicitoraktivität in intakten Weizenblättern und in Weizenzell-Suspensionskulturen untersucht. Durch Vergleich mit den biologischen Aktivitäten chemisch genau charakterisierter Chitin-Oligomere und Chitosan-Polymere mit definierten Acetylierungsgraden konnten wir zeigen, daß die Pflanzenzelle offenbar verschiedene Komponenten der Rostpilz-Zellwand erkennen kann. Diese molekulare Erkennung führt zur Induktion unterschiedlicher Aspekte der Resistenzreaktion. Erst die Auslösung aller Aspekte durch die Erkennung verschiedener Komponenten führt zur Expression des hypersensitiven Zelltodes und damit zur Manifestation der Krankheitsresistenz.

Gegenwärtig analysieren wir die verschiedenen Isoenzyme der Chitinase und Chitosanase im Apoplasten des Weizens und ihre Induktion nach Rostbefall. Aufbauend auf der so gewonnenen Kenntnis der Komponenten der Induktionsmaschinerie werden wir versuchen, ein genaues Bild der räumlichen und zeitlichen Koordination der Auslösung der hypersensitiven Reaktion zu gewinnen. Das Verständnis der natürlichen, äußerst effizienten Resistenzmechanismen ist eine conditio sine qua non für die gezielte Züchtung krankheitsresistenter Nutzpflanzen - sei es auf klassischem Weg oder mit den modernen Methoden der Gentechnik.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Schwerpunkts "Molekulare Phytopathologie"

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. B. Moerschbacher (Leiter), N.E. El Gueddari, S. Figenschau, Dr. B. Menden, U. Noll, Dr. P. Panstruga, Dr. P. Vander, Prof. Dr. A. Domard (Universität Lyon, Frankreich), Dr. K. Vårum (Technische Hochschule Trondheim, Norwegen), Prof. Dr. A. van der Westhuizen, (University of the Orange Free State, Bloemfontein, Südafrika)