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Neue Funktion von Pflanzenhormon entdeckt

Pflanze hält bei Verletzung den Atem an

| Redakteur: Christian Lüttmann

Kann eine Pflanze auf ihre Umwelt reagieren? Sie kann – nur nutzt sie dafür keine elektrischen Signale wie wir mit unserem Nervensystem, sondern chemische Botenstoffe. Forscher der Universität Würzburg haben nun eine neue Funktion des Pflanzenhormons Jasmonsäure gefunden: Ein lebensrettendes Notsignal.

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Pflanzen wie Jasmin nutzen chemische Botenstoffe, um auf Umweltreize zu reagieren.
Pflanzen wie Jasmin nutzen chemische Botenstoffe, um auf Umweltreize zu reagieren.
(Bild: Pink jasmine (Jasminum polyanthum) - flowers / Pink jasmine (Jasminum polyanthum) - flowers / B.navez / CC BY-SA 3.0 / BY-SA 3.0)

Würzburg – Was für uns nur gut riecht, ist für die Jasminpflanze ein wichtiger Botenstoff: Die Jasmonsäure. Auch andere Pflanzen produzieren sie als Reaktion, wenn sie von Insekten angefressen oder mechanisch verletzt werden. Dann wirkt die Jasmonsäure wie ein Hormon, das Abwehrreaktionen in Gang bringt – es werden zum Beispiel giftige Stoffe gebildet, die Fressfeinde vertreiben sollen. Doch damit nicht genug: Leicht flüchtige Abwandlungen der Jasmonsäure gelangen wie ein stiller Alarm über die Luft zu Nachbarpflanzen und warnen diese vor der drohenden Gefahr.

Nun haben Forscher noch eine weitere Funktion von Jasmonsäure entdeckt: Sie wirkt auch an der Regulation der Blattporen mit. Das berichtet ein internationales Forschungsteam um den Pflanzenbiologen Prof. Dirk Becker von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU).

Verletzungen lassen Blattporen schließen

Pflanzenblätter haben regulierbare Poren, die Stomata, die von zwei Schließzellen gebildet werden. Sie lassen sich wie winzige Münder öffnen und schließen. Über die Öffnungsweite steuern die Pflanzen die Kohlendioxidaufnahme und gleichzeitig den Wasserhaushalt, also wichtige Prozesse für die Photosynthese. Wenn es der Pflanze zu trocken wird, schließt sie ihre Stomata, um Wasser zu sparen. Sie hält dann sozusagen die Luft an. Das Schlüsselsignal zum Schließen der Poren gibt das Pflanzenhormon Abscisinsäure, kurz ABA.

Das JMU-Team vom Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik hat nun erstmals festgestellt, dass auch eine mechanische Verletzung die Blattporen schnell schließen lässt – jedenfalls bei der untersuchten Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Und nicht nur das verwundete Blatt schließt die Poren: Das chemische Notsignal erreicht auch die benachbarten Blätter, die daraufhin ebenfalls bildlich gesprochen die Schotten dicht machen.

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Details zum Mechanismus der Porenschließung: Von der Jasmonsäure zum Kaliumkanal

Wie sieht der molekulare Mechanismus aus, über den Jasmonsäure die Blattporen verschließt? Um das zu beantworten, untersuchte das JMU-Team Mutanten ihrer Modellpflanze, die nicht auf Jasmonsäure reagieren. Dabei zeigte sich, dass der Kaliumkanal GORK eine wesentliche Rolle spielt.

Die Forscher haben in Zusammenarbeit mit den Laboren von Prof. Jörg Kudla (Universität Münster) und Prof. Erwin Grill (Technische Universität München) eine Calcium-abhängige Proteinkinase identifiziert. Der neu entdeckte pflanzenspezifische CBL/CIPK-Komplex reguliert die Aktivität des GORK-Kaliumkanals, wie elektrophysiologischen Studien zeigten. Das Forschungsteam identifizierte außerdem die Protein-Phosphatase ABI2 als einen Hemmstoff des Jasmonsäure-Signals in Schließzellen. Das Protein wirkt der Kinase-vermittelten Kanalaktivierung entgegen.

Links ein 3D-Modell des GORK Kalium-Ionenkanals aus Schließzellen von Arabidopsis thaliana. Wird die Pflanze verwundet, startet in den Schließzellen die Jasmonsäure-Signalkette. Diese führt zur Aktivierung des GORK-Kanals (rechts).
Links ein 3D-Modell des GORK Kalium-Ionenkanals aus Schließzellen von Arabidopsis thaliana. Wird die Pflanze verwundet, startet in den Schließzellen die Jasmonsäure-Signalkette. Diese führt zur Aktivierung des GORK-Kanals (rechts).
(Bild: Dirk Becker / Uni Würzburg)

„Dieser bislang nicht beobachtete Effekt legte nahe, dass in den Schließzellen der Jasmonsäure-Signalweg aktiviert wird“, sagt Pflanzenforscher Becker. Um das zu überprüfen, verfolgten die Forscher mit einem speziellen Sensor den Jasmonsäure-Signalweg in lebenden Zellen. Mit dieser Technik, die vom Pflanzenbiologen Antoine Larrieu (Ecole Normale Supérieure Lyon) entwickelt wurde, bestätigten sie Beckers These, dass bei verletzten Pflanzen der Jasmonsäure-Signalweg aktiviert wird.

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