Methylsalizylat

von Petra Stöcker (Laborjournal-Ausgabe 3, 2008)

Wenn ein Wehwehchen droht, verhalten sich Sportler und Pflanzen ähnlich: beide fahren chemischen Geschütze auf, um die Pein abzuwehren. Während jedoch der sportliche Aktivist geruchsintensive, durchblutungsfördernde Muskelsalben auf- und einschmiert, erwehrt sich das grüne Gewächs der feindlichen Attacke mehr innerlich: Es nutzt sein Transportsystem, das Phloem. Der rettende Stoff ist der gleiche: Methylsalizylat (MeSA).


Master of Desaster

Dieses leicht "zahnarztähnlich" riechende Öl haben nun Wissenschaftler um Sang-Wook Park und Daniel Klessig vom Boyce Thompson Institute for Plant Research in Ithaca, New York, als "Master of Desaster" identifiziert. Es bringt die pflanzeneigene, systemische Immunabwehr auf Hochtouren und mobilisiert den Schutz in noch nicht befallenen Geweben (Science, 318:113-116).

Pflanzen rücken attackierenden Pathogenen sowohl lokal als auch systemisch zu Leibe. So entsorgt die so genannte hypersensitive Reaktion ein infiziertes Blatt innerhalb kürzester Zeit von den Schädlingen. An der Infektionsstelle wird der programmierte Zelltod mit nachfolgender Nekrose induziert. In benachbarten Zellen wird verstärkt Lignin produziert, Zellwandproteine vernetzt und Kallose aufgelagert. Letztere macht Pilzen die Ausbreitung und das Leben schwer.

Stufe zwei der Infektabwehr betrifft nicht-infizierte Pflanzenteile, die sich im Rahmen der so genannten systemisch erworbenen Resistenz (systemic aquired resistance, SAR) mit hydrolytischen Enzymen und weiteren Abwehr-Proteinen aufrüsten. Mobile Signale, die von der Infektionsstelle über das Phloem zu weiter entfernten Geweben wandern, rütteln diese Abwehrmechanismen wach.

Seit langem galt die Salizylsäure als mobiles Einsatzkommando. Bereits Ende der 70er Jahre war bekannt, dass die Tabakpflanze durch Bewässerung mit einem Salizylsäure-Cocktail eine erhöhte Resistenz gegenüber dem Tabakmosaikvirus (TMV) zeigt (Virology, 99:410 - 412).

Pfropfungsexperimente der amerikanischen Forschergruppe zeigen nun, dass der Dreh- und Angelpunkt des Abwehrsystems der Methylester der Salizylsäure ist. Einer ihrer Tabakpflanzen-Sprösslinge brachte selbst dann die SAR in Fahrt, wenn seinem mit Tabakmosaik-Virus infizierten Pflanzenteil Salizylsäure fehlte.

Auf ihrer Suche nach der wahren Rolle der Salicylsäure bei der Infektabwehr stießen sie auf einen möglichen Salizylsäure-Rezeptor, die Esterase SABP2 (salicylic acid binding protein 2). In ihren Experimenten zeigte sich, dass dieses Enzym biologisch nicht aktives MeSA in die aktive Salizylsäure umsetzt und eine Rückkopplung über Salizylsäure diesen Prozess steuert.

Des Weiteren ist SABP2 unabkömmlich zur Abwehrregulation im systemischen Gewebe, jedoch nicht an der direkt infizierten Stelle. Die Forscher konstruierten Tabakpflanzen, die eine überaktive Form des SABP2 exprimierten. Diese Form braucht vorhandenes Methylsalizylat komplett auf.


Übereifrige Enzyme

Wurden Wildtyp-Sprösslinge auf die Wurzelstöcke dieser Pflanzen aufgepfropft und die Wurzel mit TMV infiziert, blieb die systemische Abwehrreaktion aus.

Enthielt allerdings nur der Sprössling das übereifrige Enzym, schritt das systemische Abwehrkommando sehr wohl zur Tat. In einem ähnlichen Ansatz legten die Forscher mit RNAi die Esterase abwechselnd in Spross und Wurzel der Tabakpflanze lahm. Das Ergebnis ähnelte den Pfropfversuchen. Der Sprössling entwickelte systemische Resistenz nur, wenn ihm auch die Esterase hilfreich zur Seite stand, ungeachtet der Enzymproduktion der Wurzel.

Aus ihren Untersuchungen an der Tabakpflanze schließt Parks Team, dass wohl mindestens zwei Schritte essentiell sind, um Alarm zu schlagen: Das befallene Gewebe synthetisiert zunächst mit Hilfe der Salizylsäure-Methyltransferase (SAMT) Methylsalizylat und entlässt es zur pflanzenweiten Verteilung in das Leitungssystem des Phloems. Der gesunde Pflanzenteil sollte für den Methyl-Salizylsäure-Abbau mit der Esterase-Aktivität des SABP2-Rezeptors ausgestattet sein. Sobald das Signalmolekül in den nicht befallenen Zielgeweben angekommen ist, wird es von SABP2 in Salizylsäure gespalten, die wiederum die systemische Resistenz vermittelt.

Dieser Methyl-Salizylsäure / Salizylsäure-abhängige Signalweg ist nicht der einzige, der zur aktiven Abwehr führt. Neben Salizylsäure unterstützen die Phytohormone Jasmonsäure und Ethylen die Antwort auf mikrobielle Pathogene. So diskutieren die Wissenschaftler des Boyce Thompson Institute einen möglichen Zusammenhang zwischen Methyl-Salizylsäure und Jasmonäure als vorgeschaltete oder parallel aktivierte Alarmsubstanz.

Nicht nur Sportler und Pflanzen machen sich die Eigenschaften des Salizylsäureesters zunutze, auch die Landwirtschaft hat die Substanz entdeckt. In Deutschland ist seit 1996 ein Wirkstoff auf dem Markt, der das Methylsalizylat imitiert und das Abwehrsystem von Weizen und Kartoffeln ankurbeln soll.

Allerdings ist auch hier Vorsicht geboten: Durch Ethylen vorgewarnte Akazien haben durch die Produktion eines giftigen Gerbstoffs in Südafrika tausende von Antilopen verenden lassen.

Letzte Änderungen: 31.03.2008