Genau wie wir Menschen brauchen auch Pflanzen die richtigen Nährstoffe, um zu gedeihen. Zu wenig, aber auch zu viel, kann ihnen jedoch schaden und sie zum Beispiel anfälliger für bestimmte Krankheiten machen. Unter anderem ist bekannt, dass ein Übermaß an dem in gängigem Pflanzendünger enthaltenen Stickstoff verschiedenen Bakterien Tür und Tor öffnet. Aber warum?
Blick ins pflanzliche Immunsystem
Um herauszufinden, wie das Übermaß an Stickstoff den Pflanzen schadet, haben Biologen um Jakub Rzemieniewski von der Technischen Universität München mehrere Versuchspflanzen der Art Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) gezielt mit Pseudomonas-Bakterien infiziert und die Immunreaktion der Pflanzen analysiert. Pseudomonas-Bakterien verursachen eine Reihe verschiedener Pflanzenkrankheiten, darunter Baumkrebs, Welke und Blattflecken.
Das Ergebnis: Wenn die Versuchspflanzen von den Bakterien angegriffen wurden, produzierten sie vermehrt Peptidhormone des Typs CEP (C-terminally Encoded Peptides), wie Rzemieniewski und seine Kollegen beobachteten. Diese kleinen Proteine fungieren als Botenstoffe, die in der Pflanze vielseitige Funktionen von der Stressreaktion bis zur Wurzelbildung erfüllen. Dass sie auch eine Rolle in der Immunabwehr von bakteriellen Erregern spielen, ist jedoch eine völlig neue Erkenntnis. Dabei scheint diese Rolle erheblich zu sein: Wenn die Pflanzen im Labor so verändert wurden, dass sie geringere CEP-Mengen produzierten oder ihnen die Rezeptoren für die Hormone auf der Zelloberfläche fehlten, machte sie das anfälliger für bakterielle Infektionen, wie das Team herausfand.
Anwendung in der Landwirtschaft denkbar
Auch erhöhte Stickstoffkonzentrationen können den Signalweg der CEPs stören und dadurch die Immunabwehr schwächen, berichten Rzemieniewski und sein Team. Das wiederum könnte die lange gesuchte Antwort darauf liefern, warum Überdüngung Pflanzen schadet. „Das Immunsystem von Pflanzen ist dem der Menschen ähnlicher als man zunächst denkt. Auch in der Pflanze sind hormonähnliche Peptide an der Immunreaktion beteiligt und auch hier besteht ein komplexes Zusammenspiel von Ernährung und Gesundheit“, sagt Co-Autor Ralph Hückelhoven, ebenfalls von der Technischen Universität München.
Perspektivisch könnte der neu aufgedeckte Mechanismus auch in der Landwirtschaft Anwendung finden, wie Hückelhoven erklärt: „Mit unseren neu gewonnenen Erkenntnissen wird es in Zukunft vielleicht möglich sein, Nutzpflanzen zu züchten, die besonders krankheitsresistent sind – und das bei moderater Stickstoffgabe.“
Quelle: Technische Universität München; Fachartikel: Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-024-55194-x
