Synthetische Glykanliganden für pflanzliche Immunrezeptoren

In heutigen Gesellschaften mit ständig wachsender Bevölkerung steigt der Bedarf an Nahrungsmitteln, Energie und Rohstoffen dramatisch an, so dass dringend die Produktivität von Nutzpflanzen erhöht werden muss. Die Verbesserung von Nutzpflanzen für die Produktion von Nahrungsmitteln, Fasern und Biokraftstoffen würde von einem genaueren Verständnis des pflanzlichen Immunsystems stark profitieren. Pflanzen erkennen und reagieren auf Angriffe von Krankheitserregern mit Hilfe eines Teils des Immunsystems, das auf der Erkennung eigener oder fremder molekularer Muster durch so genannte Mustererkennungsrezeptoren (PRRs) beruht. Dieses sind z. B. Receptor-Like-Kinases (RLKs), die bei Kontakt mit passenden Bindungspartnern Gefahrensignale in die Pflanze weiterleit en. Trotz der großen Anzahl von RLKs in Pflanzen und des großen Reichtums von Glykanen in den Zellwänden von Pflanzen, Bakterien und Pilzen wurde nur eine Handvoll Glykane gefunden, die pflanzliche Immunreaktionen auslösen, und nur für zwei von ihnen sind die entsprechenden Rezeptoren beschrieben worden. Wir haben kürzlich zwei neue Glykan-RLK-Paare identifiziert, indem wir Glykane roboterunterstützt auf Glasträger gedruckt und ihre Interaktionen mit RLKs untersucht haben (Glykanarrays). Die strukturell hoch komplexen Polysaccharide Rhamnogalacturonan- I (RG-I) und Galactomannan (GM) aus der pflanzlichen Zellwand waren in der Lage eine Immunantwort in lebenden Pflanzen zu induzieren. Unser Ziel ist es, RG-I und GM als neue pflanzeneigene molekulare Muster für die Aktivierung der angeborenen Immunität von Pflanzen zu etablieren und die genauen chemischen Strukturen zu bestimmen, die von ihren kognitiven RLKs erkannt werden. Dies soll durch die chemische Synthese von verschiedenen Fragmenten aus RG-I- und GM-Polysacchariden gelingen, die anschließend die Glykanarray-basierte Charakterisierung der RLKs ermöglichen. Nach der Validierung mit weiteren biophysikalischen Methoden werden die identifizierten Oligosaccharide auf ihr Potenzial zur Stimulierung pflanzlicher Immunabwehrreaktionen hin untersucht. Der einzigartige Ansatz, synthetische Kohlenhydratchemie und Glykanarrays mit der Erforschung der Pflanzenimmunität zu kombinieren, wird die Aufklärung weiterentwickelter molekularer Strukturen mit maximaler Kapazität zur Auslösung von Immunreaktionen ermöglichen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden die Entwicklung von Präparaten aus Glykanmolekülen zur Stärkung des pflanzlichen Immunsystems ermöglichen, um vielleicht eines Tages den Einsatz herkömmlicher Pestizide überflüssig zu machen.