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Molekularer Kompass für Pflanzenzellen Hormon lässt grüne Adern zueinanderfinden

Redakteur: Christian Lüttmann

Pflanzen haben zwar kein Gehirn, aber dennoch scheinen sie einiges zu „wissen“: Wo ist oben und wo unten? Wo müssen neue Blätter wachsen? Wo ist der Hauptspross? Die Ordnung in der Pflanze steuern Hormone, so genannte Auxine. Wie Forscher aus Österreich nun herausfanden, sind diese molekularen Hilfsstoffe auch verantwortlich für die Bildung und Regeneration der Pflanzenadern.

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Defekte Regeneration verletzter Gefäße: Die normale Regeneration einer Pflanzenwunde, im linken Bild führt zur Bildung vieler, neuer Gefäßzellen (in blau). Im rechten Bild fehlen diese ohne den CAMEL/CANAR-Rezeptorkomplex. Die Verletzung kann nicht richtig verheilen.
Defekte Regeneration verletzter Gefäße: Die normale Regeneration einer Pflanzenwunde, im linken Bild führt zur Bildung vieler, neuer Gefäßzellen (in blau). Im rechten Bild fehlen diese ohne den CAMEL/CANAR-Rezeptorkomplex. Die Verletzung kann nicht richtig verheilen.
(Bild: Jakub Hajný / IST Austria)

Klosterneuburg/Österreich – Mit dem Blut pumpt der menschliche Körper Nährstoffe und Sauerstoff durch die Adern unseres Körpers. Pflanzen verwenden einen ähnlichen Mechanismus, das so genannte Leitbündel- oder auch Gefäßsystem. Es ist für das Überleben der Pflanze entscheidend, bestimmt ihre Größe, Struktur und die Position ihrer Blätter und ermöglicht die Kommunikation zwischen weit entfernten Pflanzenteilen.

Unorganisiertes Gefäßsystem: In Blättern der Pflanzen, denen ein Teil des Rezeptorkomplexes – CANAR fehlte, bildeten sich unzusammenhängende Adern (rechte Seite). Die linke Seite zeigt die normale Venenbildung.
Unorganisiertes Gefäßsystem: In Blättern der Pflanzen, denen ein Teil des Rezeptorkomplexes – CANAR fehlte, bildeten sich unzusammenhängende Adern (rechte Seite). Die linke Seite zeigt die normale Venenbildung.
(Bild: Jakub Hajný / IST Austria)

Nun entdeckten Wissenschaftler aus der Gruppe von Prof. Jiří Friml vom Institute of Science and Technology IST Austria, wie das Hormon Auxin die Position von neuen Pflanzen-Venen bestimmt. „Auxin entscheidet welche Zellen sich zu vaskulärem Gewebe entwickeln, wodurch es die komplizierten Venenmuster steuern kann“, erklärt Jakub Hajný, der die Studie leitete. Das Hormon Auxin wandert von Zelle zu Zelle, gibt ihnen damit Positionsinformationen und koordiniert sie somit bei der Bildung der Adern. Nehmen die Zellen das Auxin-Signal nicht wahr, bilden sich unorganisierte Adern mit Unterbrechungen, die die Nährstoffverteilung einschränken. Im Falle einer mechanischen Beschädigung vermindert dies auch die Regeneration der Pflanze.

Ein Hormon sorgt für Ordnung in der Pflanze

Schon seit Jahrzehnten vermuteten Wissenschaftler, dass Auxin das Kontrollsignal für die Venenbildung und Organisation der komplexen Muster ist. Bislang verstand jedoch niemand, wie Zellen dieses chemische Signal entschlüsseln können. Friml und seinem Team gelang es nun, die verantwortlichen Proteine zu identifizieren: als Auxin-Sensor fungieren demzufolge die Proteine Camel und Canar.

Der Camel/Canar -Komplex nimmt vermutlich die Auxin-Konzentration in der Umgebung wahr und ermöglicht es den Zellen somit, ihre Ausrichtung zu synchronisieren, um Venen zu bilden. „Im Grunde funktioniert das System wie ein molekularer Kompass für die Zellorientierung. Anstelle eines Magnetfeldes wird jedoch die Auxin-Konzentration erfasst“, erklärt Studienleiter Hajný. Mit ihrer Forschung hat das Team somit die molekulare Basis entdeckt, die der Auxin-vermittelten Venenbildung und -regeneration zugrunde liegt. Dies könnte auch zu neuen Erkenntnissen beim Erforschen von mechanisch widerstandsfähigeren Pflanzen führen.

Originalpublikation: Jakub Hajný, et.al.: Receptor kinase module targets PIN-dependent auxin transport during canalization, Science, 30 Oct 2020: Vol. 370, Issue 6516, pp. 550-557, DOI: 10.1126/science.aba3178

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