Synthese acetylierter Oligogalacturonid-Liganden

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 weiterleiten. 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 für noch wenigere sind die entsprechenden Rezeptoren beschrieben worden. Zu den am besten erforschten dieser erkannten molekularen Muster gehören Oligogalacturonide (OG), bei denen es sich um Fragmente des pflanzlichen Zellwand- Polysaccharids Pektin handelt, die von zellwandabbauenden Enzymen produziert werden und von den so genannten wall-associated kinases (WAKs) und verwandten RLKs erkannt werden sollen. Trotz 30-jähriger Forschung ist das Wissen über den genauen Erkennungsmechanismus und die molekularen Muster, die von WAKs bevorzugt gebunden werden, nach wie vor begrenzt, da keine reinen und gut definierten Oligosaccharidproben zur Verfügung stehen. Unser Ziel ist es, die genauen molekularen Strukturen zu bestimmen, die von ihren kognitiven Rezeptoren wie z.B. WAKs erkannt werden und zur Aktivierung der angeborenen Immunität von Pflanzen führt. Dies soll durch die chemische Synthese von OGs mit verschiedenen Längen, Oxidationsstadien und Acetylierungsmustern gelingen, die anschließend die Glykanarray-basierte Charakterisierung der WAKs und ähnlicher Rezeptoren 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 mit der Erforschung der Pflanzenimmunität zu kombinieren wird die Aufklärung weiterentwickelter molekularer Strukturen mit maximaler Kapazität zur Auslösung von Immunreaktionen ermöglichen. Die gewonnenen Erkenntnisse könnten die Entwicklung von Präparaten aus Glykanmolekülen zur Stärkung des pflanzlichen Immunsystems ermöglichen, um vielleicht eines Tages den Einsatz herkömmlicher Pestizide überflüssig zu machen.