Ionenkanal Pflanzen sparen Wasser per Ionenkanal

Einen Ionenkanal, mit dem sich Pflanzen vor dem Austrocknen schützen, haben Würzburger und Züricher Forscher entdeckt. Seine Besonderheit: Er funktioniert ähnlich wie die Ionenkanäle, die auch bei Menschen und Tieren auftreten.

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Würzburg, Zürich/Schweiz – In der Haut von Pflanzen befinden sich winzige Poren. Sie lassen Kohlendioxid für die Photosynthese in die Blätter gelangen und gleichzeitig Wasser in die Umgebung entweichen. Die optimale Regulation dieser Poren ist für Pflanzen darum sehr wichtig: Bei Trockenheit soll möglichst wenig Wasser verloren gehen, aber ausreichend Kohlendioxid einströmen.

Gebildet werden die Poren von jeweils zwei Schließzellen: Sind diese prall mit Ionen und Wasser gefüllt, klaffen sie auseinander und die Pore ist offen. Erschlaffen die Zellen, geht die Pore zu. Vereinfacht funktioniert dies so: Auf ein Signal von außen öffnen sich in der Wand der Schließzellen Kanäle, durch die Ionen hinausfließen. Als Folge davon geben die Schließzellen auch Wasser ab und werden schlaff, wodurch sich die Pore zwischen den beiden Schließzellen verengt.

Es gibt verschiedene Kanäle, durch die Ionen aus Zellen hinaus gelangen. Ein langsam arbeitender Kanaltyp war bereits identifiziert. Details über einen schnell öffnenden Kanaltyp haben nun erstmals die Teams der Professoren Rainer Hedrich (Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik der Universität Würzburg) und Enrico Martinoia (Institut für Pflanzenbiologie der Universität Zürich) entdeckt.

Arabidopsis-Mutante als Ausgangspunkt

Martinoia, der früher an der Uni Würzburg tätig war, wurde bei seinen Forschungen auf eine Mutante der Modellpflanze Arabidopsis (Ackerschmalwand) aufmerksam: Sie kann die Poren in ihren Blättern nicht mehr optimal auf die Kohlendioxid-Konzentration einstellen. „Es stellte sich heraus, dass der Defekt einen Ionenkanal in den Schließzellen betrifft, der empfindlich auf Malat reagiert.“ erläutert Rainer Hedrich. Malat ist das Anion der Apfelsäure und eine wichtige Verbindung nicht nur im Pflanzenstoffwechsel. Für die Schließzellen hat es eine besondere Signalfunktion: Wenn photosynthetisch aktive Zellen kein Kohlendioxid mehr verarbeiten können – etwa, weil es dunkel wird – geben sie Malat ab. Damit signalisieren sie den Schließzellen, dass sie die Poren dicht machen können, um Wasser zu sparen.

„Über den Malat-Sensor des bis dato unbekannten Kanals stellen Pflanzen also die Porenweite auf die photosynthetische Leistungsfähigkeit der Blattzellen ein“, so der Würzburger Professor. Arabidopsis-Pflanzen, bei denen der Kanal fehlerhaft ist, schaffen diese Regulation nicht mehr. Ihre Poren bleiben auch bei hoher Malat-Konzentration offen und sogar dann, wenn das Stresshormon Abscisinsäure Wassermangel meldet.

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