Früh morgens, wenn die Sonne aufgeht, herrscht nur scheinbar Ruhe und Frieden auf Äckern und Wiesen. Mikroskopisch betrachtet tobt in der Morgendämmerung bereits ein Kampf zwischen den Pflanzen und ihren mit bloßem Auge unsichtbaren Feinden. Vor allem Pilzsporen versuchen in die Pflanzen einzudringen, und die wehren sich nach Kräften. Pflanzenforscher an der Duke-University in North Carolina haben diesen Abwehrkampf bei der Ackerschmalwand untersucht. Das unscheinbare Kraut wird vor allem von einem Schädling namens Hyaloperonospora arabidopsidis bedroht, dem falschen Mehltau. Um die Abwehr der Pflanzen zu erforschen, musste die Biologie-Professorin Xinnian Dong zunächst den Gegner kennenlernen.
"Wir haben festgestellt, dass der Schädling bereits in der Nacht aktiv ist und seine Sporen produziert. In der Morgendämmerung lösen sich dann die Sporen und werden mit dem Wind hinaus getragen. Deshalb sind die Pflanzen bei Sonnenaufgang der größten Gefahr ausgesetzt."
Xinnian Dong und ihr Team fanden heraus, dass 22 Abwehr-Gene der Ackerschmalwand bereits vollständig aktiviert sind, wenn die ersten Sporen eintreffen. So als hätte die Pflanze die Ankunft der Feinde vorausgesehen. Die Ackerschmalwand ist also bestens vorbereitet, und die gefährlichen Sporen richten deshalb keinen oder nur geringen Schaden an, erklärt Xinnian Dong.
"Es gibt zwei wichtige Methoden, mit denen sich die Pflanzen gegen Eindringlinge wehren. Sie ändern zum einen ihre Außenhülle, so dass die Feinde nicht in ihre Zellen eindringen können – und sie bereiten sich vor auf den programmierten Zelltod."
Im Notfall ist die Pflanze bereit, einige Zellen absterben zu lassen, damit sich der Erreger nicht in ihrem Innern ausbreiten kann. Zum ersten Mal überhaupt haben die Forscher der Duke-University nun zeigen können, dass die Vorbereitung für diesen programmierten Zelltod direkt an die innere Uhr der Pflanzen gekoppelt ist. Sie entdeckten genetische Elemente, die die 22 Abwehr-Gene mit den Steuerungsgenen ihrer inneren Uhr verbinden. So werden die Abwehr-Gene mitten in der Nacht eingeschaltet, lange bevor die ersten Sporen eintreffen. Das ist wie bei einem Menschen, der immer zur gleichen Zeit aufsteht und jeden Tag wach wird, bevor der Wecker klingelt. Die innere Uhr macht ihn zum Frühaufsteher. In der Natur scheint dieses Konzept weit verbreitet zu sein. Dong:
"Auch andere Schädlinge könnten einen ähnlichen Tagesrhythmus haben. Aber das wurde noch nicht untersucht."
Landwirte könnten von den Pflanzen lernen, indem sie ihre Pflanzenschutzmaßnahmen auf den Tagesrhythmus der Schädlinge einstellen. Dann müssten viele aber noch früher aufstehen.
"Wir haben festgestellt, dass der Schädling bereits in der Nacht aktiv ist und seine Sporen produziert. In der Morgendämmerung lösen sich dann die Sporen und werden mit dem Wind hinaus getragen. Deshalb sind die Pflanzen bei Sonnenaufgang der größten Gefahr ausgesetzt."
Xinnian Dong und ihr Team fanden heraus, dass 22 Abwehr-Gene der Ackerschmalwand bereits vollständig aktiviert sind, wenn die ersten Sporen eintreffen. So als hätte die Pflanze die Ankunft der Feinde vorausgesehen. Die Ackerschmalwand ist also bestens vorbereitet, und die gefährlichen Sporen richten deshalb keinen oder nur geringen Schaden an, erklärt Xinnian Dong.
"Es gibt zwei wichtige Methoden, mit denen sich die Pflanzen gegen Eindringlinge wehren. Sie ändern zum einen ihre Außenhülle, so dass die Feinde nicht in ihre Zellen eindringen können – und sie bereiten sich vor auf den programmierten Zelltod."
Im Notfall ist die Pflanze bereit, einige Zellen absterben zu lassen, damit sich der Erreger nicht in ihrem Innern ausbreiten kann. Zum ersten Mal überhaupt haben die Forscher der Duke-University nun zeigen können, dass die Vorbereitung für diesen programmierten Zelltod direkt an die innere Uhr der Pflanzen gekoppelt ist. Sie entdeckten genetische Elemente, die die 22 Abwehr-Gene mit den Steuerungsgenen ihrer inneren Uhr verbinden. So werden die Abwehr-Gene mitten in der Nacht eingeschaltet, lange bevor die ersten Sporen eintreffen. Das ist wie bei einem Menschen, der immer zur gleichen Zeit aufsteht und jeden Tag wach wird, bevor der Wecker klingelt. Die innere Uhr macht ihn zum Frühaufsteher. In der Natur scheint dieses Konzept weit verbreitet zu sein. Dong:
"Auch andere Schädlinge könnten einen ähnlichen Tagesrhythmus haben. Aber das wurde noch nicht untersucht."
Landwirte könnten von den Pflanzen lernen, indem sie ihre Pflanzenschutzmaßnahmen auf den Tagesrhythmus der Schädlinge einstellen. Dann müssten viele aber noch früher aufstehen.