Wie kleine Pflanzen aus dem Schatten größerer Nachbarn treten
Haben Sie sich jemals gefragt, wie kleine Pflanzen Licht bekommen, wenn sie von größeren Pflanzen umgeben sind? Forschern aus den Niederlanden und aus Deutschland zufolge wissen die Pflanzen sich durchzusetzen: Sie bilden schneller längere Triebe aus und recken ihre Blätter zur Sonne. Ihre in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) vorgestellte Studie demonstriert Anpassungs- und Wachstumsprozess dieser Pflanzen. Forscher von der Universität Utrecht in den Niederlanden und der Ruhr-Universität-Bochum (RUB) in Deutschland nahmen sich des Mangels an Informationen über die molekulare Basis des "Schattenvermeidungssyndroms" an. Bei ihren Arbeiten entdeckten sie einen Steuerungsweg, über den das spezielle Exportprotein (PIN3) die Ansammlung des Pflanzenhormons Auxin ermöglicht. Auxin spielt bei dem Anpassungsprozess in den äußeren Zellschichten von Pflanzen eine wichtige Rolle und fördert deren Wachstum. Weil kleinere Pflanzen leicht von größeren Nachbarn überschattet werden, haben sie eine Reihe von Anpassungsmechanismen entwickelt, die es ihnen erlauben, konkurrierende Nachbarn wahrzunehmen und diesen Nachteil entsprechend auszugleichen. Sie können somit flexibler reagieren, sagen die Forscher. Damit diese Prozesse ablaufen können, müssen Lichtintensität und -qualität allerdings ständig wahrgenommen werden. Professor Stephan Pollmann von der RUB verwies darauf, dass Chlorophyll, das Photosynthesepigment in den Blättern, praktisch alle Blau- und Hellrot-Anteile des Lichtes absorbiert und nur Dunkelrotlicht durchlasse. Im Laubschatten verschiebe sich das Verhältnis von hellrot zu dunkelrot maßgeblich. Bemerkt die Pflanze eine solche Verschiebung durch entsprechende Lichtrezeptoren, startet sie eine Reihe von Anpassungen des Entwicklungsprogramms, die man als "Schattenvermeidungssyndrom" zusammenfasst. Dazu zählen ein beschleunigtes Sprosswachstum und eine Aufwärtsbewegung der Blätter (Hyponastie). Die Forscher erklären, dass Gefäßpflanzen eine ganze Reihe von verschiedenen kleinen Signalmolekülen produzieren, sogenannte Phytohormone, die Wachstums- und Differenzierungsprozesse regulieren. Dabei wusste man, so Professor Pollmann, "dass die Auxin-Wirkung auf einem Zusammenspiel von Auxin-Herstellung, -Transport und -Signalweiterleitung beruht". Diese Prozesse werden von einem niedrigen hellrot-dunkelrot-Verhältnis beeinflusst. Die große Frage lautet: Wie funktioniert das? Dr. Ronald Pierik von der Universität Utrecht und seine Kollegen fanden heraus, dass ein Sprosswachstum, dass durch ein niedriges hellrot-dunkelrot-Verhältnis hervorgerufen wird, auf einer intakten Auxin-Wahrnehmungsmaschinerie beruht und von der Ansammlung von Auxin im Spross abhängt. Den Forschern zufolge ist für diese Ansammlung zum Großteil das Auxin-Exportprotein PIN-FORMED 3 (PIN3) verantwortlich. Ein niedriges Verhältnis von hellrot zu dunkelrot bedeutet eine erheblich bessere Produktion von PIN3. Die Forscher erklären, dass sich das Protein hauptsächlich in den seitlichen Wänden von Zellen im Sprossinneren ansammelt. Durch diese Verteilung von PIN3 kommt es zu einem Auxin-Strom in Richtung der epidermalen Zellschichten, die für das Längenwachstum des Sprosses verantwortlich sind. Mit modernsten massenspektrometrischen Techniken konnten Professor Pollmann und sein Team die Auxin-Gehalte in Wildtypen und gentechnisch hergestellten pin3-Mutanten, die das Exportprotein nicht herstellen können, messen und vergleichen. Bei den genetisch veränderten Pflanzen ohne PIN3 blieb das Schattenvermeidungssyndrom aus. "Davon konnten wir die wichtige Rolle der PIN3-vermittelten Kontrolle der Auxin-Akkumulation während der Schattenvermeidungsreaktion ableiten", sagte Professor Pollmann.Weitere Informationen unter: Utrecht University: http://www.uu.nl/en/pages/default.aspx Ruhr-Universität-Bochum (RUB): http://www.ruhr-uni-bochum.de PNAS: http://www.pnas.org/
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Deutschland, Niederlande