Et tomatblad angribet af svamp. Set helt tæt på med et elektron mikroskop. Måske kan de seks nyidentificerede proteiner hjælpe til at fjerne svampen.(Foto: Dartmouth Electron Microscope Facility )

I takt med at verdens befolkningstal stiger og stiger, bliver det en stadig større udfordring at kunne dyrke nok afgrøder til at mætte de mange munde. Der er derfor stor fokus på at få alle afgrøder til at yde så meget, som muligt.

Nu har et hold af forskere fra Det Biovidenskabelige fakultet ved Københavns Universitet via et internationalt forskningssamarbejde identificeret seks nye proteiner, der udgør et missing link i forståelsen af planters immunforsvar.

»Det er endnu svært at sige, hvordan vi kan bruge den nye viden i kampen mod plantesygdomme, men der er ingen tvivl om, at den bedre forståelse af planter immunforsvar kan føre til en bedre beskyttelse af landbrugsafgrøder,« forklarer Michael G. Palmgren, der er professor ved Institut for Plantebiologi og Bioteknologi og medforfatter til den nye artikel.

De nye fund, der bringes i Public Library of Science Biology er gjort i samarbejde med University of California, Davis, og UC Berkeley.

Med fundet af den nye gruppe proteiner er forskerne kommet på sporet af en central spiller i planters immunforsvar - et slags vagtkorps, der smækker døren i for de bakterier, der ellers ville inficere plantens blade. Herved håber man forbedre produktiviteten i fremtidens landbruget ved at undgå plagsomme angreb af svampe, bakterier og virus.

Planternes akilleshæl

Planter er ligesom mennesker konstant udsat for mikroorganismer. I modsætning til mennesker har planterne dog kun et medfødt immunsystem, der ikke kan danne antistoffer mod de indtrængende mikroorganismer.

»Derfor er det vigtigt at planter har en effektiv barriere mod indtrængende bakterier. Bladene er dækket af et vokslag på oversiden, men på undersiden er planternes blade sårbare, i det bakterier kan trænge ind gennem de såkaldte spalteåbninger,« forklarer Michael G. Palmgren.

Planter har derfor udviklet et særligt genetisk programmeret system til at beskytte sig mod den truende ydre invasion. Immunsystem er to grenet - et ydre system med receptorer, der genkender bakterierne når de er på ydersiden af plantecellen og et indre system, der genkender de proteiner bakterierne sender ind i plantecellen.

»Indtil nu har videnskabsfolk kun identificeret kun ét protein, kaldet RIN4, som er i stand til at regulere de to grene af plantens immunsystem. Det har derfor været uklart, nøjagtig hvordan proteinet og de to grene af immunsystemet interagerede for at skabe det nødvendige immunrespons i planten,« forklarer Michael Palmgren.

Bladenes vagtværn

Spalteåbningerne er planternes åndehuller. Her optager planten CO₂ fra luften omkring dem og afgiver ilt og vanddamp til omgivelserne igen. Spalteåbninger er dog dermed også en akilleshæl i planternes immunsystem, og planten kontrollerer derfor nøje, at de ikke er åbne mere, end højst nødvendigt.

»Der er indbygget sindrige kontrolmekanisme i spalteåbningerne, der kan sanse tilstedeværelsen af sygdomsfremkaldende mikroorganismer. Men bakterierne har udviklet et kemisk våben, coronatin, som kan tvinge stomata til at åbne sig igen, og dermed giver mulighed for at bakterier kan inficere planten,« forklarer Michael G. Palmgren.

Nu har forskerne så identificeret seks nye proteiner, der er forbundet med RIN4 og synes at skabe den nødvendige forbindelse mellem de to grene af immunsystemet. Et protein, der kaldes AHA1 synes at være nøglen til immunrespons i hvert fald i modelplanten Arabidopsis, der hedder 'gåsemad' på dansk.

»AHA1 synes at styre åbning og lukning af stomata og synes sammen med RIN4 at kontrollere åbningen og lukningen af spalteåbningerne som svar på en sygdomsfremkaldende mikroorganisme,« forklarer Michael G. Palmgren.

En universel mekanisme?

Når en receptor på ydersiden af plantecellen 'mærker' en sygdomsfremkaldende bakterie, vil den altså via RIN4 give besked til cellen om at lukke spalteåbningen og samtidig aktivere den indre del af immunsystemet. De nye fund fremhæver, hvor vigtig reguleringen af stomata er i Arabidopsis' immunsystem.

»Da spalteåbninger har så central en rolle både i at får gasser og vand til at passere ind og ud af bladet, men også som den centrale port i immunsystemet, er det centralt at afklare om det en universel mekanisme i alle planter,« forklarer Michael G. Palmgren.

Skulle de seks proteiner, som forskerne har fundet i den nye undersøgelse, vise sig at vise sig at spille en så essentiel rolle i alle planters i de biokemiske mekanismer, håber forskerne at kunne finde måder at regulere mekanismerne, for derved at hjælpe planterne med bedre at kunne genkende og blokere for invaderende bakterier.

»Desværre er det ikke så simpelt, at vi bare kan sprøjte planterne med stoffer, der kan lukke for spalteåbningerne, for det vil jo dræbe planten, men en større forståelse af, hvordan disse protein-komplekser fungerer er helt grundlæggende viden, nå vi skal forsøge at forebygge fremtidens afgrøder mod plantesygdomme,« slutter Michael Palmgren.