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Göttingen Lösen Göttinger das Welt-Hunger-Problem?
Campus Göttingen Lösen Göttinger das Welt-Hunger-Problem?
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10:48 06.08.2019
Dmitrij Rekhter (l.) und Prof. Ivo Feußner entscheiden über die Reihenfolge der Messproben. Quelle: r / Philipp Niemeyer
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Göttingen / Vancouver

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Göttingen hat gemeinsam mit Forschern der University of British Columbia in Vancouver (Kanada) die Biosynthese der Salizylsäure aufgeklärt. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Zeitschrift „Science“ veröffentlicht. Sie könnten eine wichtige Rolle im Kampf gegen den Welt-Hunger einnehmen.

Was ist Salizylsäure?

Salizylsäure, auch Salicylsäure geschrieben, bezeichnet einen chemischen Stoff, der auf den Menschen verschiedene Wirkungen hat – insbesondere schmerzlindernde und fiebersenkende. Sie ist auch unter dem Begriff Spirsäure bekannt. Hiervon wiederum leitet sich der Markenname Aspirin ab (Acetylspirsäure, eigentllich Acetylsalicylsäure – oder kurz ASS). Seit 1977 wird ASS auf der „Liste der unentbehrlichen Arzneimittel“ der Weltgesundheitsorganisation WHO geführt. Seit Beginn des 20. Jahrhunderts wird der Arzneistoff in verschiedenen Pharmaprodukten unterschiedlicher Hersteller vertrieben. Die Bezeichnung Aspirin setzte sich international als Synonym für den Wirkstoff durch – ähnlich wie beispielsweise der Begriff Tempo für ein Taschentuch. Salizylsäure wird außerdem zur Herstellung von Farbstoffen und auch in Kosmetika eingesetzt, beispielsweise als Anti-Schuppen-Mittel. Die Säure besitzt eine antimikrobielle Wirkung, darf allerdings nicht als Konservierungsmittel in Lebensmitteln eingesetzt werden.

Salizylsäure ist eine Substanz, die in leicht modifizierter Form bereits seit 120 Jahren als Aspirin vermarktet wird. Ihre schmerzlindernde Wirkung ist schon seit Jahrtausenden bekannt. Auch war lange klar, dass es sich nicht nur um ein Medikament, sondern auch um ein Stresshormon bei Pflanzen handelt, das für die Abwehr schädlicher Krankheitserreger unerlässlich ist. Weitgehend unbekannt war jedoch bislang, wie Pflanzen dieses Hormon bilden. Und genau das wurde nun aufgeklärt.

Zusammenarbeit mit kanadischen Forschern

Die Vorgeschichte: Vor etwa 20 Jahren entdeckten Forscher in der Pflanze „Arabidopsis thaliana“ ein Gen, das für die Salizylsäure-Synthese entscheidend ist. Die Göttinger Forscher verwendeten nun für ihre Untersuchung Arabidopsis-Pflanzen mit einem erhöhten Gehalt an Salizylsäure, die ihnen von Prof. Yuelin Zhang von der University of British Columbia zur Verfügung gestellt worden waren.

Prof. Ivo Feußner (l.) lässt sich den Wachstumsstand der Pflanzen von Dmitrij Rekhter zeigen. Quelle: r / Philipp Niemeyer

Wenn in diesen Pflanzen ein bestimmtes Gen (PBS3) nicht funktionsfähig ist, reichert sich eine Vorstufe der Salizylsäure an, nämlich die Isochorisminsäure. Daraus konnte das Göttinger Team die Wirkung des Genprodukts ableiten. Erstautor Dmitrij Rekhter von der Universität Göttingen erläutert den genauen Mechanismus: „PBS3 bindet Isochorisminsäure an Glutaminsäure, was zur Bildung der bisher unbekannten Verbindung Isochorismin-9-glutamat führt. Diese sehr instabile Substanz zerfällt spontan in Salizylsäure und ein Nebenprodukt.“

Erkenntnisse zur Pflanzenimmunität

Aber was genau bedeutet das jetzt für die Forschung? Hierzu Prof. Ivo Feußner, ebenfalls von der Universität Göttingen: „Diese Forschungsergebnisse verbessern unser Verständnis dafür, wie Pflanzen diesen für die Abwehr von Krankheitserregern entscheidenden Regulator synthetisieren, und sie eröffnen neue Möglichkeiten, Pflanzen zu züchten, die resistenter gegen Krankheiten sind.“ Dies sei für die Pflanzenimmunität und damit auch für die Nahrungsmittelproduktion von „grundlegender Bedeutung“.

Nun sind die Züchter am Zug

Das sieht auch Rekther so: „Da Salicylsäure eine der Schlüsselkomponenten für das Immunsystem von Pflanzen ist, könnte die Aufklärung der Biosynthese dieser Substanz eine wichtige Rolle für die Lösung des Welt-Hunger-Problems einnehmen“, betont er auf Tageblatt-Nachfrage.

Dmitrij Rekhter Quelle: r / Philipp Niemeyer

Erste Datenbankanalysen ließen vermuten, dass der von den Göttinger Forschern beschriebene Stoffwechselweg auch in Nutzpflanzen konserviert sein könnte. „Der nächste Schritt für Züchter könnte nun darin bestehen, speziell nach Pflanzenlinien zu suchen, die eine besonders hohe Aktivität in diesem metabolischen Prozess aufweisen. Solche Pflanzensorten sollten eine höhere natürliche Resistenz gegen eine Vielfalt an Krankheitserreger aufweisen“, beschreit Rekther, der zur Arbeitsgruppe Feußners gehört.

Enge Zusammenarbeit Basis für Erfolg

Ausschlaggebend für den Erfolg des Projektes sei die enge Zusammenarbeit der Göttinger Arbeitsgruppen von Prof. Feußner (Abteilung „Biochemie der Pflanze“), Prof. Volker Lipka (Abteilung „Zellbiologie der Pflanze“) und Dr. Marcel Wiermer (Albrecht-Haller-Institut für Pflanzenwissenschaften) mit der Gruppe von Prof. Zhang im Rahmen des 2016 gegründeten Internationalen Graduiertenkollegs „PRoTECT“ gewesen.

Forschung mit bahnbrechendem Erfolg: Gemeinsame Begutachtung einer mikroskopischen Untersuchung. Quelle: r / Philipp Niemeyer

Das sagen die Forscher:

Dmitrij Rekhter: „Da dieser Biosyntheseweg auch in Nutzpflanzen vorkommt, kann unsere Entdeckung die Grundlage für zukünftige Züchtungsstrategien mit dem Ziel einer nachhaltigeren natürlichen Resistenz gegenüber Krankheitserregern bilden. Dies wird letztendlich zu Ertragsteigerungen führen.“

Marcel Wiermer: „Die räumliche Aufteilung der Salizylsäurebiosynthese innerhalb der Pflanzenzelle stellt einen wichtigen Aspekt ihrer Regulation dar. Dies deutet auf einen Zusammenhang von pflanzlicher Resistenzantworten und dem Sonnenlicht hin. Unsere gemeinsamen, zukünftigen Untersuchungen werden die Frage nach einer tageszeitabhängigen Immunität weiterverfolgen.“

Ivo Feußner: „PBS3 ist das dritte Beispiel aus dieser Enzymfamilie, das an der Biosynthese eines Pflanzenhormons beteiligt ist. Damit stellen diese Stoffwechselreaktionen nicht nur einen zentralen Schalter bei der pflanzlichen Immunantwort dar, sondern sie steuern auch das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen wie zum Beispiel die Blütenbildung. Dies sind alles Faktoren, die für die Pflanzenzüchtung von zentraler Bedeutung für Ertragssteigerungen sind. Unsere zukünftigen Arbeiten an Mais und Raps werden diese Aspekte weiterverfolgen.“

Von Markus Riese

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