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Regulation of inward K+ channel activity in Arabidopsis by the Shaker subunit AtKC1: molecular mechanisms and role in control of stomatal opening and plant adaptation to water stress

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Steuerungsmechanismen der Pflanzentranspiration gefunden

Biologen haben ein Pflanzenprotein identifiziert, das die Transpirationsrate steuern kann. Mit Hilfe dieses Prozesses bewegt sich das Wasser durch die Pflanze und verdampft.

Klimawandel und Umwelt

Shaker-Kanäle sind Membranproteine in Pflanzenzellen, welche den Transfer von Kaliumionen (K) in die Zelle steuern. Auf die Weise wiederum wird die Steuerung der Strömung des Wassers durch die Pflanze unterstützt. Es ist nachgewiesen worden, dass diese Kanäle durch diesen Prozess eine Rolle bei der Öffnung und Schließung der Stomata (Blattporen zur Regelung der Transpiration) spielen. Das EU-finanzierte Projekt KINPLANTS sollte deshalb die Aufgabe von AtKC1, einer der Untereinheiten, aus denen das Shaker-Kanalprotein besteht, bei der Steuerung der Spaltöffnungen aufklären. Die Forscher führten physiologische Untersuchungen der gesamten Pflanzentranspiration und Molekularstudien über AtKC1 bei verschiedenen Pflanzenzelltypen durch. Bei beiden Ansätzen nutzte man modifizierte Arabidopsis thaliana, die AtKC1 nicht oder nur in bestimmten Zelltypen produzieren. Die Forschungsbemühungen ergaben, dass AtKC1 ein Schlüsselakteur für die Funktionsweise der Shaker-Kanäle ist. Ohne die AtKC1-Untereinheit wuchsen die Pflanzen langsamer und konnten die Transpiration nicht effektiv kontrollieren. Ein weiteres wichtiges Ergebnis war, dass AtKC1 Kontrolle über die als Schließzellen bekannten Spaltöffnungszellen ausübt, indem das osmotische Potenzial der nahe gelegenen Epidermiszellen an der Oberfläche verändert wird. Ohne funktionsfähiges AtKC1 in diesen benachbarten Zellen konnten die Schließzellen Öffnen und Schließen der Stomata nicht wirksam steuern. Die Arbeit von KINPLANTS hat erstmals eine wichtige molekulare Steuerung der Transpiration in epidermalen Zellen beleuchtet. Hier haben nun die Forscherinnen und Forscher ein attraktives Ziel zur technischen Weiterentwicklung einer besseren Wassernutzungseffizienz bei Kulturpflanzen.

Schlüsselbegriffe

pflanzliche Transpiration, Pflanzenprotein, Shaker-Kanal, Membranprotein, Pflanzenzelle, Kalium, Spaltöffnungen, AtKC1, Kontrolle der Spaltöffnungen, Arabidopsis thaliana, osmotisches Potenzial, Wassernutzung, Kulturpflanze, Anbaupflanze

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