Studie enträtselt Mechanismen der Pflanzen zur Nährstoffwahrnehmung
Ein internationales Wissenschaftlerteam ist hinter das Geheimnis der Mechanismen gekommen, mit deren Hilfe Pflanzen ihre Wurzelstruktur verändern, um bestmöglich an Nährstoffe im Boden zu gelangen. Die im Fachmagazin Developmental Cell veröffentlichte Studie wurde teilweise von der EU finanziert. Autorin Eva Benkova vom Flämischen Institut für Biotechnologie (VIB) in Belgien erhielt für ihr HCPO-Projekt ("Hormonal cross-talk in plant organogenesis") eine Finanzhilfe für Nachwuchsforscher (Starting Grant) des Europäischen Forschungsrats (ERC) in Höhe von 1,3 Mio. EUR. Pflanzen besorgen sich den größten Anteil des von ihnen benötigten Stickstoffs in Form von Nitrat aus dem Boden. Die Nitratgehalte im Boden sind jedoch sehr verschieden, sodass die Pflanze, wenn ihre Wurzeln ein nitratreiches Fleckchen Erde finden, die Bildung von Seitenwurzeln auslöst. Auf diese Weise baut die Pflanze ein die Nährstoffzufuhr sicherndes Wurzelsystem auf, das in den nährstoffreichen Bodenzonen am dichtesten ist. Nitrat versorgt Pflanzen mit Stickstoff als Nahrung und ist ein wichtiges Signalmolekül in der Pflanze; es spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel und beim Wachstum von Pflanzen. Nitratsignale sind außerdem bei der Entwicklung von Seitenwurzeln ganz besonders wichtig. Frühere Forschungsarbeiten konnten bereits zeigen, dass ein Transportprotein mit der Bezeichnung NRT1.1 für die Aufnahme von Nitrat aus dem Boden verantwortlich ist und außerdem zur Wahrnehmung von Nitrat und Nitratsignalen dient. In dieser von Dr. Alain Gojon vom Institut de Biologie Integrative des Plantes in Montpellier, Frankreich, geleiteten Studie untersuchten die Forscher die Rolle von NRT1.1 beim Seitenwurzelwachstum der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Überraschenderweise entdeckte das Team eine Verbindung zwischen NRT1.1 und dem wichtigsten Pflanzenhormon Auxin, das unter anderem stark an der Wurzelentwicklung beteiligt ist. So dient NRT1.1 nicht nur dem Transport von Nitrat, sondern erleichtert auch das Transportieren von Auxin, wie die Forschungsarbeit ergab. Wenn die Nitratkonzentrationen gering seien, stoppe NRT1.1 die Anhäufung von Auxin in der lateralen Wurzelspitze. "Dies wiederum unterdrückt das Wachstum [der Seitenwurzeln]", so die Forscher. Im Gegensatz dazu gestatte, wenn der Nitratgehalt hoch sei, das NRT1.1 die Ansammlung von Auxin in den seitlichen Wurzelspitzen, wodurch das laterale Wurzelwachstum angeregt werde. Diese Ergebnisse verdeutlichen, auf welche Weise der Nitratgehalt die Ansammlung von Auxin in Seitenwurzeln beeinflusst. "Wir sind der Ansicht, dass NRT1.1 das laterale Wurzelwachstum bei geringer Nitratverfügbarkeit durch Unterstützung des Auxin-Transports aus den seitlichen Wurzelspitzen und Richtung Wurzelunterseite unterdrückt. Folglich regt eine hohe Nitratverfügbarkeit das seitliche Wurzelwachstum dadurch an, dass der NRT1.1-abhängige Auxin-Transport gehemmt und damit die Akkumulation von Auxin in den Wurzelspitzen ermöglicht wird", erläutert Dr. Gojon. "Hier haben wir einen Mechanismus, der Nährstoff- und Hormonsignale während der Organentwicklung verbindet." Neben den Forschern aus Montpellier und vom VIB waren an der Studie Wissenschaftler des Instituts für Experimentelle Botanik an der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik und des Umeå Plant Science Centre an der schwedischen Universität für Agrarwissenschaften beteiligt.
Länder
Belgien, Tschechien, Frankreich, Schweden