Mechanismus entschlüsselt: Wenn Pflanzen zu heiß wird

24. Jänner 2015, 17:15
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Pflanzen zeigen bei Erhöhung der Umgebungstemperatur die gleiche Stressreaktion wie bei Lichtmangel

Halle - Was für alle Lebewesen gilt: Widrige Lebensumstände bedürfen adäquater Anpassungen. Während Tiere sich einer feindlichen Umgebung oft physisch entziehen können, müssen erdgebundene Organismen wie Pflanzen andere Strategien entwickeln, um sich an Umweltveränderungen anzupassen. Einer der wichtigsten Umweltfaktoren für sie ist Licht - als Hauptenergiequelle hat es großen Einfluss auf alle pflanzlichen Wachstums- und Entwicklungsprozesse.

Suboptimale Lichtbedingungen werden von bestimmten Fotorezeptoren innerhalb der Pflanzenzellen detektiert. Derart angeregte Fotorezeptoren sorgen dann für die Aktivierung von Proteinen und bestimmten Wachstumsgenen, welche innerhalb der Zelle weitere Signalprozesse auslösen. In der Konsequenz führt dies zu einer physiologisch sichtbaren Reaktion: Die Pflanze streckt sich nach oben, dem Licht entgegen. Auf eben diese Weise reagieren Pflanzen aber auch auf die Erhöhung der Umgebungstemperatur.

Effiziente Kühlung

Man vermutet, dass durch diese Streckung eine effizientere Kühlung der Blätter durch Transpiration erreicht wird. Während die Anpassungsprozesse bei Lichtmangel sehr gut erforscht sind, gibt es zur molekularen Reaktion auf Temperaturerhöhung bisher wenig Erkenntnisse. Forschern des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie in Halle ist es nun gelungen, die Komponenten dieser Signalkaskade in weiten Teilen aufzuklären.

Dafür generierten sie eine Mutation der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand), die offenbar auf eine Temperaturerhöhung von 20 auf 28 Grad Celsius nicht mehr mit Streckungswachstum reagieren kann, bei zusätzlichem Lichtmangel aber immer noch mit Wachstum reagiert. Durch das Ausschalten an den jeweiligen Mechanismen beteiligter Gene konnten die Forscher nun die einzelnen Komponenten des Signalweges identifizieren. Wie sie im Fachblatt "Cell Reports" berichten, zeigte sich dabei, dass beide Signalkaskaden über weite Strecken identisch sind, sich also der gleichen Proteine bedienen, um auf das Stresssignal – Wärme oder Dunkelheit - entsprechend zu reagieren.

Die Überlappung der Signalwege beider Umweltfaktoren könnte sich evolutionär bereits frühzeitig in der Evolution herausgebildet haben, da Temperatur- und Lichtveränderungen häufig gemeinsam auftreten. Der Temperaturrezeptor, der der Pflanze signalisiert "es ist zu heiß", konnte bisher nicht gefunden werden. Angesicht der globalen Erwärmung seien weitere Erkenntnisse zur pflanzlichen Anpassung auf steigende Temperaturen zwingend erforderlich, um dieser Herausforderung durch eine langfristige Sicherung der Erträge effizient begegnen zu können, so die Forscher. (red, derStandard.at, 24.5.2015)

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