Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW)

OXI1 kinase is necessary for oxidative burst-mediated signalling in Arabidopsis
Rentel, M.C., Lecourieux, D., Ouaked, F., Usher, S.L., Petersen, L., Okamoto, H., Knight, H., Peck, S.C., Grierson, C.S., Hirt, H. and Knight, M.R. (2004)
Nature 427:858-61.

How plants cope with stress

Scientists at the Gregor-Mendel-Institute of Plant Molecular Biology of the Austrian Academy of Sciences have identified a molecular switch that is essential for defense responses against pathogens. Plants are not helpless against pathogens and other stress conditions. Whether they can withstand fungal infection highly depends on OXI1, a molecular switch that was recently identified by Viennese scientist Heribert Hirt in collaboration with British colleagues. It is well known that plants produce substances such as hydrogen peroxide to induce cell death and defense responses at the site of pathogen attack, but now OXI1 was found as the molecular switch that is responsible for inducing these processes. However, OXI1 also plays a role in the dark. OXI1 also affects the growth of root hairs, the site of uptake for most nutrients and for interaction with many soil microbes. These investigations were all done on the genetic model plant thale cress (Arabidopsis thaliana) and were published in the science journal Nature (vol. 427, p. 858-861).

Gestresste Pflanzen wissen sich zu helfen

Wissenschaftler am Gregor Mendel-Institut der ÖAW fanden einen genetischen Schalter, der für die Abwehr von Krankheitserregern in Pflanzen entscheidend ist

Pflanzen sind Stress und Krankheitserregern nicht passiv ausgeliefert. Ob sie einer Pilzinfektion Widerstand leisten können, hängt entscheidend vom genetischen Schalter OXI1 ab, den der Wiener Wissenschaftler Heribert Hirt in Zusammenarbeit mit britischen Kollegen vor kurzem identifizieren konnte. Heribert Hirt ist Professor am Institut für Mikrobiologie und Genetik der Universität Wien und designierter Senior Scientist am Gregor Mendel-Institut der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW).

Man wusste schon lange, dass Pflanzen auf einen Schädlingsbefall mit einer aggressiven Sauerstoffverbindung, nämlich mit Wasserstoff-Peroxid, antworten. Wie aber die enzymatischen Reaktionen für eine effektive Abwehr in Gang gebracht werden, war bis jetzt weitgehend unbekannt.

Heribert Hirt und seine Kollegen identifizierten nun das entscheidende Gen OXI1, das durch Wasserstoff-Peroxid aktiviert wird und die Bildung jener Enzyme ankurbelt, die den Abwehrprozess katalysieren. Erfolgreich ist dieser Prozess dann, wenn einzelne Zellen am Herd der Infektion absterben und dadurch den Schadpilz an seiner weiteren Ausbildung hindern.

Interessanterweise beschränkt sich die Bedeutung von OXI1 nicht auf die Abwehr von unerwünschten Eindringlingen, sondern beeinflusst auch wesentliche physiologische Prozesse wie das Wachstum von Wurzelhaaren oder die Regulation des Gasaustausches über die Spaltöffnungen auf den Blattoberflächen. Im Gegensatz zu den Abwehrreaktionen, scheinen bei diesen Vorgängen aber ganz geringe unschädliche Konzentrationen von reaktiven Sauerstoffverbindungen als Signalstoffe zu dienen. All diese Untersuchungen wurden an der Modellpflanze der Pflanzengenetiker, an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) durchgeführt und Ende Februar dieses Jahres in der Fachzeitschrift „Nature“ publiziert (Band 427, S.858-61).

Das Gregor Mendel-Institut – ein Zentrum der Pflanzenforschung in dynamischem Umfeld

Heribert Hirt, Wittgensteinpreisträger des Jahres 2001, gehört zum Gründungsteam des noch jungen Gregor Mendel-Instituts für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) unter Leitung des Wiener Pflanzengenetikers Dieter Schweizer. Das GMI wurde im Jahr 2001 von der ÖAW mit dem Ziel gegründet, exzellente Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Pflanzenmolekularbiologie in Österreich zu ermöglichen. Die ÖAW trägt damit der Tatsache Rechnung, dass an Pflanzen viele grundlegende biologische Prozesse oft einfacher als an Tieren erforscht werden können, und dass diese Organismengruppe unsere Lebensgrundlage darstellt. Das GMI wird 2005/06 gemeinsam mit einem zweiten ÖAW-Institut, dem Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA), bei dem tierische Modellsysteme im Zentrum der Forschung stehen, das neue Laborgebäude in der Dr. Bohrgasse am Vienna Biocenter (VBC) beziehen. In unmittelbarer Nachbarschaft befinden sich das Pflanzenmolekularbiologie-Zentrum der Universität Wien (PMZ) und das renommierte Institut für Molekulare Pathologie von Boehringer Ingelheim. Am GMI werden bereits in der Pilotphase im Jahr 2006, einschließlich der in Ausbildung befindlichen PhD-Studenten und Post-Docs, etwa 60 Forscher arbeiten.

Zur Zeit gehören dem GMI sechs Forschergruppen an, die bis zur Fertigstellung des neuen Gebäudes in Labors der Universität Wien und der Universität für Bodenkultur untergebracht sind. Sie beschäftigen sich mit epigenetischen Phänomenen, mit der Kontrolle und Regulation der pflanzlichen Zellteilung sowie mit der Reaktion auf belastende Wachstumsbedingungen. Dabei erforschen sie, wie Stressfaktoren aus der Umwelt in interne Signale umgesetzt werden und infolgedessen bestimmte Genabschnitte aktivieren oder stillgelegen.

http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v427/n6977/abs/nature02353_fs.html
(Abstract: "OXI1 kinase is necessary for oxidative burst-mediated signalling in Arabidopsis" in "Nature"
(Band 427, S.858-61)