Das LIGNIN Projekt

Je nach Ausgang der Interaktionen von Chitin/Chitosan mit Chitinasen/Chitosanasen und von Pektin/Pektat mit Pektinlyasen/Pektatlyasen und demnach der Bildung von Elicitoren und endogenen Suppressoren kommt es schließlich in resistenten Wirtspflanzen zur Auslösung einer induzierten Resistenzreaktion, die in anfälligen Sorten unterbleibt. Dabei handelt es sich häufig um eine sogenannte hypersensitive Reaktion (HR). Pilzbefallene Pflanzenzellen begehen dabei praktisch Selbstmord, verhindern so das weitere Vordringen des Pathogens und schützen damit die Pflanze wirkungsvoll vor Pathogenbefall und Krankheit. Die HR ist damit wohl der Prototyp eines programmierten Zelltods in Pflanzen. Hypersensitive Zellen zeichnen sich durch eine auffallende gelbe Autofluoreszenz im UV-Licht aus, die auf die zelluläre Einlagerung von Lignin zurückzuführen ist. Mittels spezifischer Ligninbiosynthese-Inhibitoren konnten wir einen kausalen Zusammenhang zwischen Lignifizierung und Resistenz nachweisen, so daß wir die Bildung eines intrazellulären Ligninpolymers als Mechanismus des hypersensitiven Zelltods vorgeschlagen haben. Im Gegensatz zum typischen Lignin der sekundären Zellwände pflanzlicher Leitgewebe, das aus zwei bis drei verschiedenen Monolignolen zusammengesetzt ist, besteht das HR-Lignin fast ausschließlich aus Syringyleinheiten. Demzufolge sollte dem Enzym Ferulat-5-Hyrdoxylase, dem Nadelöhr der Sinapinsäuresynthese und damit der Bildung des Syringyl-Monolignols, eine Schlüsselstellung in der induzierten Resistenzreaktion zukommen. Darüberhinaus haben wir als alternative Regulationsstellen die Substratspezifitäten der Isoenzyme der abschließenden enzymatischen Schritte der Monolignol-Polymerisation, Cinnamylalkohol-Dehydrogenase und Peroxidase, in unsere Untersuchungen mit einbezogen. Zur Zeit sind wir fasziniert von der Vorstellung, daß eine sehr schnelle Produktion von Wasserstoffperoxid in einem sogennanten oxidative burst zur blitzschnellen Polymerisation der zuvor gebildeten Monolignole und damit zum augenblicklichen Kollaps und Tod der hypersensitiv reagierenden Zelle führen könnte.

Beteiligte Wissenschaftler:

Dipl.-Chem. M. Kohlhoff, Dipl.-Biol. G. Theilen, G. Poell, D. Königschulte, Prof. Dr. B. Moerschbacher

Veröffentlichungen:

Moerschbacher, B., K. Mendgen: Structural Aspects of Defense, in: Slusarenko, A.J. et al.: Mechanisms of Resistance to Plant Diseases, Kluwer Academic Publishers (2000):231-278