Genforschung: Was Pflanzen zu Fleischfressern macht

13. Juni 2015, 12:00
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Ein internationales Forscherteam untersucht, welche Gene die Venusfliegenfalle karnivor machen

Würzburg - Welche Gene sind dafür verantwortlich, dass Pflanzen Tiere fangen und verdauen können? Ein internationales Forscherteam hat bei der Venusfliegenfalle nun drei davon identifiziert. Sie sorgen dafür, dass die Pflanzen lebenswichtiges Kalium aus ihren Beutetieren höchst effizient nutzen können.

Fleischfressende Pflanzen wie die Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula) wachsen an extrem nährstoffarmen Standorten. Um dort überleben zu können, haben sie sich im Lauf der Evolution spezialisiert: Sie besorgen sich Zusatznahrung in Form von Tieren.

"Grüner Magen"

Die Venusfliegenfalle fängt ihre Beute mit Blättern, die zu Klappfallen umgebildet sind. Berühren Insekten spezielle Sinneshaare auf der Falle, klappt diese blitzschnell zu und wandelt sich in eine Art grünen Magen um: Drüsen geben ein salzsäurehaltiges Gemisch aus Verdauungsenzymen ab, und aus der Beute werden neben Nährstoffen auch Minerale wie Kalzium, Magnesium und Kalium herausgelöst und über die Pflanzendrüsen aufgenommen.

Besonders Kalium ist lebenswichtig für Pflanzen. Fleischfressende Gewächse brauchen es auch dringend für den Betrieb ihrer Fallen. Wie effizient die Venusfliegenfalle sich das Kalium aus ihren Beutetieren holt, berichtet jetzt ein internationales Forschungsteam in "PNAS".

Parallelen zu nicht-fleischfressenden Pflanzen

Am Beginn stand die Erkenntnis, dass die Drüsen in der Klappfalle der Pflanzen nur dann Kalium aufnehmen können, wenn zuvor tatsächlich auch ein Insekt gefangen wurde. Also analysierten die Forscher die Gene, die für die Aufnahme von Kalium aktiviert werden. Es stellte sich heraus, dass zwei Kaliumtransporter und ein Enzym, eine Proteinkinase, hochgefahren werden.

Genau diese drei werden auch bei nicht-fleischfressenden Pflanzen mit der Kaliumaufnahme in der Wurzel in Verbindung gebracht. Das Enzym aktiviert dabei die beiden Kaliumtransporter, die in einer konzertierten Aktion das gesamte Kalium aus der Beute in die Pflanze schaffen. Zuerst senkt der Transporter DmAKT1 den Kaliumspiegel im Magen der Venusfliegenfalle drastisch ab, dann erledigt der Transporter DmHAK5 die Feinarbeit.

Aktivierung durch Berührung

"Er hat eine beträchtliche Pumpkraft und kann auch dann noch Kalium in die Drüsenzellen verfrachten, wenn die Kaliumkonzentration dort schon sehr hoch ist", erklärt Sönke Scherzer, Koautor der Studie. Doch wie merken die Kalium-Aufnahmesysteme der Venusfliegenfalle, dass eine kaliumreiche Beute in der Falle sitzt? "Wir haben erste Hinweise darauf, dass nicht erst das aus der Beute freigesetzte Kalium, sondern schon die Berührung der Sinneshaare die Neusynthese der Transporter einleitet", sagt der Biophysiker Rainer Hedrich.

Wie aber die Kaliumkonzentration im grünen Magen gemessen wird und wie die Aktivierung und Deaktivierung der Kaliumtransporter genau vor sich geht, ist noch unklar. Dies wollen die Forscher um Hedrich, der für seine Arbeit 2010 einen hochdotierten "Advanced Grant" des ERC erhielt, künftig herausfinden. (red, 13.6.2015)

  • Endstation Klappfalle: Deutlich  erkennbar sind die Sinneshaare der Venusfliegenfalle, die ihr Schließsystem in Gang bringen.
    foto: sönke scherzer

    Endstation Klappfalle: Deutlich erkennbar sind die Sinneshaare der Venusfliegenfalle, die ihr Schließsystem in Gang bringen.

  • Wie die Kaliumaufnahme in die Drüsenzellen der Venusfliegenfalle vor sich geht.
    grafik: sönke scherzer

    Wie die Kaliumaufnahme in die Drüsenzellen der Venusfliegenfalle vor sich geht.

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