Wissenschaftler der Universität Potsdam und des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie haben ein Schlüsselgen, genannt SHYG, entdeckt, das Wachstumsprozesse der Pflanzen bei Überschwemmungen steuert. Ein Team um Dr. Salma Balazadeh und Prof. Dr. Bernd Müller-Röber konnte erstmals zeigen, dass SHYG die Synthese des gasförmigen Hormons Ethylen koordiniert. Dieses Hormon steuert Prozesse an, die die lokale zelluläre Streckungsreaktion stimulieren. Die Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der renommierten Zeitschrift „The Plant Cell“.
Der Klimawandel und sich verändernde Umweltbedingungen setzen Pflanzen zu und beeinträchtigen zunehmend auch die Landwirtschaft. Trockenperioden mehren sich ebenso wie Phasen plötzlicher Überschwemmung nach heftigen Regenfällen. Im Gegensatz zu Tieren können Pflanzen ihren Standort, an dem sie verwurzelt sind, nicht verlassen. Dennoch, oder gerade deshalb, haben sie im Laufe einer Jahrmillionen währenden Evolution Strategien entwickelt, die es ihnen erlauben, zumindest zeitweise widrigen Umweltbedingungen zu trotzen. Die Suche nach den molekularen Mechanismen, die die Widerstandskraft von Pflanzen steuern, trägt nicht nur zu einem verbesserten Verständnis grundlegender biologischer Prozesse bei. Sie hat auch Bedeutung für die Pflanzenzüchtung. So entscheiden mehrere zelluläre Prozesse darüber, wie gut junge Pflanzen nach starkem Regen und bei Überflutungen wieder „auf die Beine“ kommen. Einen besonderen Überlebenstrick wenden Rosettenpflanzen, wie beispielsweise die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), an. Wenn es den Wurzeln bei ansteigendem Wasserpegel zu nass wird, lässt die Pflanze ihre ebenfalls von der Überschwemmung bedrohten Blätter aus dem drohenden Feucht herauswachsen. Das ist besonders wichtig, da die Blätter die Orte der Photosynthese und damit der Energiegewinnung sind. Diese aufrecht zu erhalten, ist für die Abwehrreaktion der Pflanze und damit für ihr weiteres Gedeihen von großer Bedeutung. Die aufwärts gerichtete Blattbewegung geht auf eine lokale Verlängerung von Zellen auf der Unterseite des Blattstiels zurück. Dieses Phänomen wird durch den Wasserstress der Wurzeln auf einem bisher wenig verstandenem Wege eingeleitet. Das nun entdeckte Schlüsselgen steuert den Wachstumsprozess. Wird SHYG mittels molekularbiologischer Methoden ausgeschaltet, funktioniert die Blattbewegung nicht mehr. „Wir waren begeistert, als wir sahen, dass die von uns untersuchten Pflanzen ihre Fähigkeit zur stressinduzierten Blattbewegung verloren hatten. Wir konnten die pflanzliche Reaktion durch Aktivierung von SHYG aber auch verstärken“, erklärt Mamoona Rauf. Die Wissenschaftlerin führte die Experimente im Rahmen ihrer Doktorarbeit durch.
Mit der Entdeckung des neuen Kontrollmechanismusses haben die Wissenschaftler nun die Möglichkeit, diese und weitere umweltbedingte Wachstumsprozesse im Detail zu erforschen und für neue Strategien in der Pflanzenzüchtung zu nutzen.
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Mamoona Rauf, Muhammad Arif, Joachim Fisahn, Gang-Ping Xue, Salma Balazadeh, Bernd Mueller-Roeber: NAC transcription factor SPEEDY HYPONASTIC GROWTH regulates flooding-induced leaf movement in Arabidopsis. The Plant Cell Advance Online Publication, 20. Dez. 2013
Medieninformation 07-01-2014 / Nr. 001
Dr. Barbara Eckardt
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