Planter er konstant i kontakt med svampe i jorden. Nogle svampe forårsager sygdom, mens andre indgår i gavnlige partnerskaber, der hjælper planterne med at optage næringsstoffer og vokse. For at overleve er planterne nødt til at kunne skelne mellem dem – men hvordan de aflæser de kemiske signaler, som svampene udsender, har hidtil været dårligt forstået. Nu har forskere fra Aarhus Universitet sammen med kolleger fra Københavns Universitet og CNRS-CERMAV i Grenoble afdækket, hvordan en receptor i planten genkender lange kæder af kitin; et signal, der er forbundet med svampeangreb. Resultaterne, som er publiceret i Science, afslører et højt specialiseret receptorsystem, der selektivt genkender molekylære signaler fra svampe ud fra deres størrelse.
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 for at holde øje med mikroorganismerne omkring sig.
Lange kitinfragmenter forbindes typisk med svampeangreb og udløser en kraftig immunrespons i planten. Men ikke alle svampe er skadelige. Kortere kitinfragmenter forbindes blandt andet med gavnlige partnerskaber, herunder symbiose med svampe, som udveksler essentielle næringsstoffer med deres værtsplanter.
Det ubesvarede spørgsmål har derfor været, hvordan planterne kan skelne mellem disse signaler.
En receptor, der måler molekylets længde
For at finde svaret kombinerede forskerne strukturbiologi, som afslører proteiners tredimensionelle form, med biokemi og forsøg i levende planter. På den måde undersøgte de de receptorer, der registrerer kitin på overfladen af planternes rodceller.
Forskerne fandt, at en receptor kaldet CHIP13 binder langt stærkere til lange kitinkæder end til korte. En særlig del af receptoren, som forskerne kalder “bridge domain”, hjælper CHIP13 med at gribe fat i kæden flere steder. Derfor bindes kun kæder, der er lange nok til at spænde over disse kontaktpunkter, effektivt. Dette bridge domain er et karakteristisk træk ved en hel gruppe af beslægtede receptorer.
-Det centrale spørgsmål var, hvordan planter skelner mellem lange og korte kitinkæder. Vi fandt ud af, at CHIP13 – og særligt dens bridge domain – fungerer som et slags målebånd, fortæller adjunkt Kira Gysel, som sammen med professor Kasper Røjkjær Andersen har ledet arbejdet.
-Det 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, forsætter hun.
En klar arbejdsdeling
Planter er også afhængige af en anden receptor, CERK6, for at reagere på kitin. Kira Gysel undersøgte sammen med Simon Boje Hansen og Henriette Rübsam, som er studiets førsteforfattere, hvordan de to receptorer arbejder sammen.
Forskerne fandt, at CHIP13 i nærvær af kitin rekrutterer CERK6, hvorefter de to danner et signalkompleks, som aktiverer plantens immunforsvar. Der er samtidig en tydelig arbejdsdeling mellem de to proteiner. Forsøg, hvor den ene eller den anden receptor blev blokeret, bekræftede, at planten har brug for dem begge for at kunne aktivere et forsvar.
-CHIP13 kan genkende eller “se” de lange kitinfragmenter, som forbindes med farlige svampe i jorden. Derefter kobler den sig fysisk sammen med CERK6, og det er kun CERK6, der kan slå alarm til resten af planten, forklarer Kira Gysel. De to proteiner har hver deres meget specifikke opgave, og begge er nødvendige for denne grundlæggende del af plantens immunforsvar.
-Vi stod med et paradoks: Hvordan kan CERK6 være afgørende for plantens reaktion på kitin, når receptoren næsten ikke selv kan binde til det? siger Simon Boje Hansen. Det viser sig, at de to receptorer deler arbejdet mellem sig: Den ene genkender signalet, mens den anden sender det videre. Ingen af dem kan løse opgaven alene.
-Vi kunne også se det direkte i planterne, supplerer Henriette Rübsam. Det var først, når kitin var bundet til CHIP13, at CHIP13 kunne rekruttere CERK6. Det er vigtigt, at vi også så det samme i en anden bælgplante, hvilket viser, at mekanismen er bevaret på tværs af forskellige arter.
Et indblik i, hvordan planter opfatter verden
Forskningen handler om mere end blot at afdække strukturen og funktionen af disse proteiner. Den giver ny viden om, hvordan planter registrerer deres omgivelser og beskytter sig mod biologiske trusler i jorden.
-Denne forskning giver os et indblik i det komplekse system for mønstergenkendelse, som planter bruger til at fortolke den mikrobielle verden omkring dem, fortsætter Kira Gysel.
-Hvis vi kan forstå systemet bedre, kan vi begynde at overveje, om det er muligt at designe receptorer, der kan aflæse helt nye signaler og dermed udvide, hvad planter er i stand til at registrere og reagere på, afslutter hun..
Denne type indsigt hjælper forskere med at forstå, hvordan planter skelner mellem forskellige mikroorganismer, og kan på længere sigt bidrage til arbejdet med at gøre afgrøder mere robuste uden samtidig at forstyrre de gavnlige interaktioner med mikroorganismer.
Arbejdet er støttet af Novo Nordisk Fonden, Danmarks Frie Forskningsfond, Carlsbergfondet samt Danmarks Grundforskningsfond.
Publikation: Gysel, Hansen, Rübsam et al., “Structural basis for size-selective perception of chitin in plants“, Science (2026).
Kilde: Aarhus Universitet.
