In der modernen Landwirtschaft wird häufig über den Düngereinsatz diskutiert, insbesondere über die Auswirkungen eines übermäßigen Stickstoffeinsatzes. Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben herausgefunden, dass hohe Stickstoffwerte in Pflanzen nicht nur deren Wachstum, sondern auch deren Gesundheitszustand beeinträchtigen. Ein zentrales Ergebnis ihrer Studien zeigt, dass eine erhöhte Stickstoffzufuhr Pflanzen anfälliger für bestimmte Krankheiten macht.
Die TUM-Forscher haben ein kleines Protein, bekannt als C-terminally Encoded Peptides (CEPs), identifiziert, das eine entscheidende Rolle in der Immunabwehr von Pflanzen spielt. Ralph Hückelhoven, Professor der Phytopathologie, erklärt, dass bei hohem Stickstoffgehalt die Immunabwehr der Pflanzen eingeschränkt wird. Besonders entscheidend ist, dass Pflanzen bei einer hohen Stickstoffkonzentration weniger CEPs produzieren oder sogar Sensoren für diese Hormone verlieren, was sie anfälliger für bakterielle Infektionen macht.
Die Rolle von C-terminally Encoded Peptides
CEPs sind pflanzliche Peptidhormone, die als Botenstoffe fungieren und dabei helfen, Immunantworten zu regulieren. Die Studien zeigen, dass Pflanzen mehr Peptidhormone produzieren, wenn sie von Bakterien angegriffen werden. Die Forscher setzten Versuchspflanzen pathogenen Bakterien der Gattung Pseudomonas aus und beobachteten dabei, dass hohe Stickstoffkonzentrationen den Signalweg der CEPs negativ beeinflussen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine mäßige Stickstoffgabe in der Landwirtschaft dazu beitragen könnte, krankheitsresistentere Nutzpflanzen zu züchten.
Darüber hinaus belegen die Erkenntnisse, dass der Einsatz von Receptor Kinases (RKs) in Pflanzen eine zentrale Rolle bei der Kontrolle von Wachstum, Entwicklung und Immunität spielt. RKs agieren als Mustererkennungsrezeptoren, die Mikroben-assoziierte molekulare Muster nachweisen und somit eine Muster-aktivierte Immunität (PTI) aktivieren können, wie es beispielsweise bei Arabidopsis thaliana beobachtet wurde.
Nährstoffversorgung und Immunität im Zusammenspiel
Zusätzlich zeigen Forschungen, dass eine reduzierte Stickstoffverfügbarkeit die Aktivierung bestimmter Immunwege verbessert und damit die bakterielle Resistenz erhöht. Untersuchungen haben bestätigt, dass die Expression von CEP4, einem spezifischen CEP, durch bakterielle Flagellin-Behandlung herunterreguliert wird, was auf einen komplexen regulatorischen Mechanismus hinweist, der Nährstoffsynchronisation und Immunität verbindet.
Diese Zusammenhänge zwischen Düngung und Pflanzengesundheit geben nicht nur Aufschluss über die Mechanismen der Krankheitsresilienz, sondern erweitern auch unser Verständnis der pflanzlichen Immunantworten. Dabei spielen CEPs eine Schlüsselrolle in den Signalwegen, die die Reaktion der Pflanzen auf Nährstoffverfügbarkeit und pathogene Anreize steuern. In Zukunft könnte dieses Wissen entscheidend für die Entwicklung nachhaltiger Anbaumethoden sein, die sowohl die Erträge steigern als auch die Krankheitsanfälligkeit von Pflanzen minimieren.
