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Die pflanzliche Zellwand ist weit mehr als eine stabile Hülle: Ihre Bestandteile können Pflanzen vor Krankheitserregern warnen und gezielt Abwehrreaktionen auslösen. Forschende der BOKU University haben nun neue Rezeptoren identifiziert, die solche Signale erkennen. Gleichzeitig entwickelten sie eine Methode, mit der sich Zellwand-Signale erstmals in großem Maßstab untersuchen lassen. Die Ergebnisse wurden in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Molecular Plant“ veröffentlicht.

Die pflanzliche Zellwand hat eine wichtige Schutzfunktion: Sie bildet eine Barriere gegen Pflanzenkrankheitserreger. Wird die Zellwand jedoch beschädigt, können bestimmte Moleküle freigesetzt werden. Diese Moleküle dienen der Pflanze als Warnsignale und helfen ihr, eine Abwehrreaktion auszulösen.

Bisher wurden vor allem Cellulosefragmente und sogenannte Oligogalacturonide, die aus einem Bestandteil der Zellwand, dem Homogalacturonan, entstehen, als Warnsignale untersucht. Über die Rolle anderer Bestandteile der Zellwand bei der Abwehr von Krankheitserregern ist dagegen noch wenig bekannt.

Neue Methode macht pflanzliche Warnsignale sichtbar
In der neuen Studie haben die BOKU-Forscher Colin Ruprecht, Fabian Pfrengle und Du-Hwa Lee eine Methode entwickelt, mit der sehr viele mögliche Wechselwirkungen zwischen Zellwandmolekülen und Rezeptoren der Pflanze gleichzeitig untersucht werden können. Dabei wurden mehr als 40.000 mögliche Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Zellwand-Zuckermolekülen und über 350 Rezeptoren der Modellpflanze Arabidopsis thaliana getestet. „Mit unserer Methode können wir gezielt nach bisher unbekannten Signalen suchen, mit denen Pflanzen Schäden an ihrer Zellwand erkennen und ihre Abwehr aktivieren.“, so Erstautor Colin Ruprecht vom Institut für Organische Chemie.

Bislang unbekannte Rezeptoren erkennen Zellwandbestandteil RG-I
Die BOKU-Wissenschaftler entdeckten eine Gruppe von Rezeptoren, die sie ARMs (AWARENESS of RG-I MAINTENANCES) genannt haben. Diese Rezeptoren können mit dem Pektin Rhamnogalacturonan-I (RG-I) interagieren, einem wichtigen Bestandteil der pflanzlichen Zellwand. Wenn Pflanzen mit RG-I behandelt wurden, lösten sie Abwehrreaktionen aus. Diese Reaktionen unterschieden sich in ihrem zeitlichen Ablauf von den bisher bekannten Reaktionen auf Oligogalacturonide. 

 

Copyright: Colin Ruprecht und Fabian Pfrengle

Zudem konnten die Forscher bestimmte Teile des RG-I-Moleküls identifizieren, die notwendig sind, damit sie von den ARM-Rezeptoren erkannt werden und eine Abwehrreaktion auslösen. Dabei zeigte sich auch, dass mehrere ARM-Rezeptoren ähnliche Aufgaben übernehmen können. „Mit unserer Studie konnten wir zeigen, dass Pflanzen den Zellwandbestandteil RG-I gezielt erkennen und darauf mit einer Abwehrreaktion reagieren“, so Fabian Pfrengle.

Neue Einblicke in die pflanzliche Immunabwehr
Die Ergebnisse der Arbeitsgruppe von Fabian Pfrengle untermauern neue Erkenntnisse, dass Zellwandbestandteile nicht nur als Baumaterial dienen, sondern auch wichtige Warnsignale für das Immunsystem der Pflanze sein können. Die von den Wissenschaftlern entwickelte Methode ermöglicht es, weitere solcher Zellwand-Signalstoffe und ihre Rezeptoren zu entdecken. Dadurch kann man besser verstehen, wie Pflanzen Schäden an ihrer Zellwand erkennen und darauf reagieren.

Originalpublikation:
High-throughput glycan array screening reveals rhamnogalacturonan-I as a ligand for Arabidopsis leucine-rich repeat receptor kinases involved in plant immunity - ScienceDirect
DOI: 10.1016/j.molp.2026.06.005


Wissenschaftlicher Kontakt:

Dr. Colin Ruprecht
BOKU University
Institut für Organische Chemie
Email: colin.ruprecht(at)boku.ac.at
Telefon: +43 1 47654-77383

Univ.Prof. Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. Fabian Pfrengle
BOKU University
Institut für Organische Chemie
E-Mail: fabian.pfrengle(at)boku.ac.at
Telefon: +43 1 47654-77356