Kiel Life Science

Doppelter Fraßschutz unterstützt Pflanzen beim Arterhalt

05.05.2017

CAU-Forschende entdecken neue Abwehrstrategie im heimischen Beinwell

Verschiedene heimische Pflanzen bilden zum Schutz vor dem Gefressenwerden natürliche Gifte aus der Gruppe der sogenannten Pyrrolizidin-Alkaloide. Am bekanntesten ist das Jakobskreuzkraut, dessen massenhafte Verbreitung in Schleswig-Holstein ein Vergiftungsrisiko vor allem für Weidetiere birgt. Pyrrolizidin-Alkaloide spielen aber auch bei der Kontamination von Lebensmitteln eine Rolle, zum Beispiel in Kräutertees oder verschiedenen Honigsorten. Forschende aus der Arbeitsgruppe Biochemische Ökologie und Molekulare Evolution am Botanischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben nun mit dem Beinwell (Symphytum officinale) eine andere heimische Pflanze untersucht, die ebenfalls die Alkaloide produziert. Aktuell beginnt in Schleswig-Holstein die Blütezeit des Beinwells, der zum Problem kontaminierter Lebensmittel beitragen kann. Unter der Leitung von Professor Dietrich Ober beschäftigte sich Lars Hendrik Kruse im Rahmen seiner Doktorarbeit mit dem Mechanismus, der im traditionell als Heilpflanze bekannten Beinwell zur Giftbildung führt. Die Forschungsgruppe erkannte dabei, dass die Pflanze in der Nähe des Blütenstandes große Mengen der giftigen Pyrrolizidin-Alkaloide bildet. Ihre Ergebnisse publizierten sie jüngst in der aktuellen Ausgabe des renommierten Fachjournals Plant Physiology.

Aus früheren Untersuchungen war bereits bekannt, dass der Beinwell in der Wurzel Pyrrolizidin-Alkaloide bildet und diese in die oberirdischen Pflanzenteile wie Blätter und Blüten einlagert. „Wir haben entdeckt, dass die Pflanze kurz vor Beginn der Blüte auch einen zweiten Ort zur Bildung der giftigen Alkaloide aktivieren kann“, erklärt Ober, Professor für Biochemische Ökologie und Molekulare Evolution, die Entdeckung seines Teams. Bislang war nicht bekannt, dass der Beinwell auch in kleinen, unscheinbaren Blättern direkt unterhalb des Blütenstandes das Gift bilden kann. 

Die zusätzliche Giftproduktion geschieht kurz bevor die Pflanze erblüht, so dass die dort produzierten Alkaloide auf direktem Weg in die sich öffnenden Blüten gelangen können. Daraus schlossen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass die zusätzliche Bildung der Alkaloide direkt mit dem Reproduktionsmechanismus zusammenhängt. „Die Pflanze aktiviert diese alternative Giftbildung offenbar, um ihre Blüten und damit ihre für die Fortpflanzung und das Überleben der Art unverzichtbaren Bestandteile optimal zu schützen“, so Lars Hendrik Kruse. Der Beinwell verfügt also über eine doppelte Abwehrstrategie, die zum einen der gesamten Pflanze einen „Basisschutz“ gewährt, die aber andererseits die Blüten während der Blütezeit zusätzlich gezielt vor Fraßfeinden schützt.

Mit den nun vorliegenden Erkenntnissen trägt das Kieler Forschungsteam dazu bei, die Stoffwechselprozesse, die zur Bildung der giftigen Pyrrolizidin-Alkaloide führen, besser zu verstehen. Die Forschungsergebnisse können damit Verbraucherinnen und Verbraucher künftig bei einer verbesserten Risikoabschätzung unterstützen.

Originalarbeit:
Lars H. Kruse, Thomas Stegemann, Christian Sievert, and Dietrich Ober: 
Identification of a Second Site of Pyrrolizidine Alkaloid Biosynthesis in Comfrey to Boost Plant Defense in Floral Stage, Plant Physiology 2017 174: 47-55.; dx.doi.org/10.1104/pp.17.00265

Bildmaterial steht zum Download bereit:
www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-140-1.jpg
Bildunterschrift: Im Mai beginnt die Blütezeit des auch in Schleswig-Holstein häufig vorkommenden Beinwells (Symphytum officinale).
Foto: Dietrich Ober

www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-140-2.jpg
Bildunterschrift: Im Labor untersuchte das Kieler Forschungsteam die Stoffwechselprozesse, die der Giftbildung des Beinwells zugrunde liegen.
Foto: Christian Urban, Universität Kiel

www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-140-3.jpg
Bildunterschrift: Blattoberfläche einer Beinwell-Pflanze: Sie bildet nicht nur in den Wurzeln, sondern auch in bestimmten Blättern direkt unterhalb des Blütenstandes giftige Alkaloide.
Foto: Christian Urban, Universität Kiel

Kontakt:
Prof. Dietrich Ober
Biochemische Ökologie und Molekulare Evolution
Botanisches Institut und botanischer Garten, CAU
Telefon: 0431 880-4299
E-Mail: dober@bot.uni-kiel.de

Weitere Informationen:
Biochemische Ökologie und Molekulare Evolution (AG Ober), 
Botanisches Institut und botanischer Garten, CAU
http://www.ober.botanik.uni-kiel.de/

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
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