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Pflanzlicher Nektar Das Rätsel um den Lohn der Blüten-Bestäuber

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Damit Pflanzen potenzielle Blüten-Bestäuber anlocken und für ihre Dienste belohnen können, haben sie spezielle Organe entwickelt. In den sogenannten Nektarien werden die im Nektar enthaltenen Zuckermoleküle produziert. Doch wie genau die Pflanzen den Nektar herstellen und absondern, war bislang unklar.

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Blüten des Wilden Tabaks Nicotiana attenuata
Blüten des Wilden Tabaks Nicotiana attenuata
(Bild: Danny Kessler / Max-Planck-Institut für chemische Ökologie)

Jena – Die Evolution hat eine unglaubliche Vielfalt von Blütenpflanzen und sie bestäubender Insekten hervorgebracht. Damit die Pflanzen die potenziellen Pollenüberträger anlocken und für ihre Dienste belohnen können, haben sie spezielle Organe entwickelt. In den sogenannten Nektarien werden die im Nektar enthaltenen Zuckermoleküle produziert. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben zusammen mit Kollegen aus Stanford und Duluth (USA) den Zuckertransporter identifiziert, der eine Schlüsselrolle bei der pflanzlichen Nektarproduktion spielt. Mithilfe von SWEET9 wird Zucker in außerzelluläre Bereiche der Nektarien transportiert und abgesondert. Bei der Evolution von Blütenpflanzen, die ihre Bestäuber mit süßem Nektar anlocken und belohnen, könnte also SWEET9 eine entscheidende Rolle gespielt haben.

Wie Pflanzen Nektar produzieren und absondern war bislang unklar

Obwohl unbestritten ist, dass der Nektar für die pflanzliche Fortpflanzung eine wichtige Rolle spielt, war bislang unklar, wie Pflanzen Nektar produzieren und absondern. Wissenschaftler um Wolf Frommer, Direktor der Abteilung Pflanzenbiologie an der Carnegie Institution for Science im kalifornischen Stanford, Clay Carter von der University of Minnesota sowie Ian Baldwin vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena konnten jetzt Leitkomponenten der Zuckersynthese und des Sekretionsmechanismus identifizieren. Die Forschungsergebnisse weisen auch darauf hin, dass die Komponenten bereits zu einem frühen Zeitpunkt in der Evolution von Blütenpflanzen für diesen Zweck eingesetzt wurden.

Die Forscher haben in den Nektarien mit modernsten Analysemethoden nach Transporter-Proteinen für den Zuckertransport gesucht. Mit SWEET9 haben sie den entscheidenden Transporter in drei unterschiedlichen Pflanzenarten identifiziert: der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana, der Rübsaat Brassica rapa und dem Kojotentabak Nicotiana attenuata. In allen drei Arten spielt SWEET9 eine wesentliche Rolle bei der Nektarproduktion.

Der Zuckertransporter und die Evolution von Blütenpflanzen

Mithilfe von genetisch veränderten Pflanzen, denen SWEET9 fehlt, konnten die Wissenschaftler zeigen, dass diese Pflanzen keinen Nektar mehr absondern, sondern ihn in ihren Stängeln anreichern. Außerdem stellte sich heraus, dass dieselben Gene, die für die Saccharose-Produktion notwendig sind, auch für die Nektarbildung in den Blüten verantwortlich sind. Saccharose wird in den Nektarien produziert und dann von SWEET9 in die außerzellulären Bereiche der Nektarien transportiert. In diesen Zellzwischenräumen wird der Zucker in eine Mischung aus Saccharose, Glucose (Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker) umgewandelt. In allen drei getesteten Pflanzenarten stellen diese drei Zucker die hauptsächlichen Lösungsbestandteile im Nektar dar. Von Bienen gesammelt bildet der süße Nektar die Grundvoraussetzung für die Honigproduktion.

„SWEET-Transporter sind wichtig für die innerpflanzliche Weiterleitung der Fotosynthese-Produkte von den Blättern in die Samen. Wir glauben, dass der nektarielle Zucker-Transporter SWEET9 etwa zu der Zeit entstanden ist, als sich die ersten Blütennektarien bildeten. Dieser Prozess ist möglicherweise ein entscheidender Entwicklungsschritt im Pflanzenreich gewesen: Durch das Anlocken und Belohnen von Bestäubern konnte die enorme genetische Vielfalt der Pflanzen entstehen“, fasst Studienleiter Frommer zusammen.

Originalveröffentlichung: Lin, W., Sosso, D., Chen, L.-Q., Gase, K., Kim, S.-G., Kessler, D., Klinkenberg, P. M., Gorder, M., Hou, B.-H., Qu, X.-Q., Carter, C., Baldwin, I. T., Frommer, W. (2014). Nectar secretion requires sucrose phosphate synthases and the sugar transporter SWEET9. Nature, 16. März 2014, doi: 10.1038/nature13082; http://dx.doi.org/10.1038/nature13082

(ID:42585063)