Planter og svampe er i konstant interaktion i jorden. Mens nogle svampe indgår i gavnlige partnerskaber, der hjælper planterne med at optage næringsstoffer, forårsager andre svampe sygdom i planterne. Det stiller krav til planterne om at kunne skelne mellem, hvornår svampene er skadelige eller gavnlige for dem.

Mekanismerne bag denne evne til aflæsning har dog hidtil ikke været klarlagt. Nu har et danskledet forskerhold imidlertid afdækket, hvordan en receptor i planten genkender lange kæder af såkaldt kitin – et signal, der er forbundet med svampeangreb.

Konkret har forskerne afsløret eksistensen af et højt specialiseret receptorsystem, der selektivt genkender molekylære signaler fra svampe ud fra deres størrelse.

Signaler gennem kitinfragmenter

Kitin er en kæde af gentagne sukkermolekyler og udgør en central byggesten i svampes cellevægge. Når svampe vokser eller nedbrydes, frigives kitinfragmenter af forskellig længde til jorden, og planterne registrerer dem i forbindelse med, at de holder øje med mikroorganismerne omkring sig.

”Lange kitinfragmenter forbindes typisk med svampeangreb og udløser en kraftig immunrespons i planten. Kortere kitinfragmenter forbindes derimod med positive effekter, der skaber symbiose mellem planter og svampe, eksempelvis gennem udveksling af essentielle næringsstoffer. Det store ubesvarede spørgsmål har derfor været, hvordan planterne kan skelne mellem disse signaler,” siger professor Kasper Røjkjær Andersen, der sammen med adjunkt Kira Gysel har været ledende forfatter på studiet, som er lavet i et samarbejde mellem Aarhus Universitet, Københavns Universitet og Centre de recherches sur les macromolécules végétales i Grenoble.

Molekylært målebånd er nøglen

For at finde svaret kiggede han og kollegerne både på proteiners tredimensionelle form og lavede forsøg i levende planter. Hermed kunne de undersøge de proteiner, der registrerer kitin på overfladen af planternes rodceller – og fandt ud af, at et protein kaldet CHIP13 binder langt stærkere til lange kitinkæder end til korte.

Forskerholdet kunne også se, at en særlig del af proteinet - kaldet ’bridge domain’ - hjælper CHIP13 med at gribe fat i kæden flere steder. Altså er det kun kæder, der er lange nok til at spænde over disse kontaktpunkter, der bindes effektivt.

Forskerne konkluderede på den baggrund, at dette ’bridge domain’ er et karakteristisk træk ved en hel gruppe af beslægtede proteiner. CHIP13 fungerer dermed som en slags målebånd, der gør planten i stand til specifikt at genkende signaler, der forbindes med et potentielt svampeangreb - uden at forveksle dem med signaler fra potentielt gavnlige mikroorganismer.

En klar arbejdsdeling

En anden opdagelse, som forskerne gjorde i forbindelse med undersøgelserne, er, at planter også er afhængige af et andet protein, CERK6, for at kunne reagere på kitin. Når CHIP13 binder sig til kitin, rekrutteres CERK6, hvorefter de to proteiner danner et signalkompleks, som aktiverer plantens immunforsvar.

Forskerne opdagede også, at der samtidig er en tydelig arbejdsdeling mellem de to proteiner. Forsøg, hvor det ene eller det andet protein blev blokeret, bekræftede nemlig, at planten har brug for dem begge for at kunne aktivere et forsvar.

”Vi kunne se, at CHIP13 kunne genkende de lange kitinfragmenter, som forbindes med farlige svampe i jorden. Når CHIP13 kobler sig fysisk sammen med CERK6, er det imidlertid kun CERK6, der kan slå alarm til resten af planten. De to proteiner har altså hver en meget specifik opgave, men de er begge lige nødvendige for, at denne grundlæggende del af plantens immunforsvar fungerer”, forklarer Kasper Røjkjær Andersen.

De nye indsigter kan på sigt bidrage til arbejdet med at gøre afgrøder mere robuste uden samtidig at forstyrre de gavnlige interaktioner med mikroorganismer.

Hvis det lykkes at forstå det komplekse system for mønstergenkendelse i sin helhed, kan det åbne muligheder for at designe proteiner, der kan aflæse nye signaler og dermed udvide, hvad planter er i stand til at registrere og reagere på.