Forscher entdecken neuen Mechanismus zur Schattenvermeidung

Pflanzen, die dicht beieinander stehen, tun alles, um Licht abzufangen. Diese „Schattenvermeidung“-Reaktion wurde ausführlich erforscht. Umso bemerkenswerter ist es, dass Forscher des Labors für Molekularbiologie der Universität Wageningen einen weiteren völlig neuen Mechanismus entdeckt haben: die wichtige Rolle des Hormons Cytokinin.

Ihre Forschung war veröffentlicht In Naturkommunikation.

Pflanzen in der Natur, auf dem Feld oder im Gewächshaus konkurrieren miteinander um Licht, Feuchtigkeit und Nährstoffe. Je dichter sie gepflanzt sind, desto härter ist die Konkurrenz. Aber woher wissen sie, dass es etwas voll wird?

„In dicht bepflanzten Kulturen wird rotes Licht schneller absorbiert als dunkelrotes Licht, das stattdessen reflektiert wird. Das Verhältnis von Rot zu Dunkelrot nimmt daher mit zunehmender Dichte ab. Pflanzen ‚sehen‘ dies durch das lichtempfindliche Pigment Phytochrom, “ sagt Ronald Pierik, Professor für Molekularbiologie an der Wageningen University & Research.

Das Pigment ist wie ein Schalter: Es kann aktiv oder inaktiv sein. Das Rot-zu-Far-Rot-Verhältnis betätigt sozusagen den Knopf. Das löst eine ganze Reihe von Reaktionen aus.

Pierik sagt: „Bei relativ hohem Anteil an tiefrotem Licht, wie es bei dicht bepflanzten Pflanzen der Fall ist, werden die Stängel und auch die Blattstiele länger. Die Blätter selbst bewegen sich von einer horizontalen in eine eher vertikale Position. Alles, was sich darüber erheben kann.“ ihre Nachbarn und fangen mehr Licht ein.

Ober- und Untergrundwettbewerb

Über diese Reaktion und die Mechanismen, die sie steuern, ist bereits viel bekannt.

„Wie Pflanzen Lichtinformationen verarbeiten, ist für unsere Nutzpflanzen wichtig. Denn wir pflanzen sie immer dicht beieinander. Die Frage ist, wie weit man gehen kann“, sagt Pierik.

Allerdings konkurrieren Pflanzen nicht nur um Licht, sondern beispielsweise auch um Nährstoffe.

„Sie sollten daher die Schattenvermeidung in Verbindung mit anderen Reaktionen auf Konkurrenz in Betracht ziehen. Dann würden Sie der Situation vor Ort viel näher kommen.“ Diese Denkweise leitete unseren Postdoktoranden Pierre Gautrat, der diese Arbeit in unserer ehemaligen Gruppe an der Universität Utrecht begann „Eine der Forschungsfragen war, ob die Pflanze, wenn sie nicht viel Nahrung in Form von Stickstoff erhält, trotzdem gut auf dunkelrotes Licht reagieren kann“, sagt er.

Cytokinin dient als Botenstoff

Dazu muss das wachsende Gewebe wissen, wie viel Stickstoff im Boden vorhanden ist. Sie wissen das, weil eine Botschaft von den Wurzeln zu den Wachstumspunkten gelangt. Der Botenstoff ist in diesem Fall das Pflanzenhormon Cytokinin. Dieses Hormon wird in den Wurzeln gebildet und gelangt über die Venen in den oberirdischen Teil der Pflanze. Wenn viel Stickstoff vorhanden ist, ist auch viel Cytokinin vorhanden.

„Tatsächlich scheint die Schattenvermeidungsreaktion bei niedrigem Stickstoffgehalt gehemmt zu sein. Wir haben jedoch gezeigt, dass man die Pflanze tatsächlich austricksen kann. Wenn man ihr bei niedrigem Stickstoffgehalt zusätzliches Cytokinin gibt, erzielt man mit zusätzlichem Stickstoff immer noch ein beträchtliches Längenwachstum.“ „Das ist das erste Mal, dass jemand gezeigt hat, dass Cytokinin bei der Schattenvermeidung eine Rolle spielt. Das ist durchaus bemerkenswert, da diese Prozesse bereits sehr intensiv untersucht wurden.“

Und es kommt noch bemerkenswerter: Bisher war bekannt, dass Cytokinin genau das Hormon ist, das das Längenwachstum hemmt. „Rückblickend betrafen alle Versuche, auf denen diese Schlussfolgerung beruhte, Setzlinge, die im Dunkeln gezüchtet wurden. Diese Reaktion erhält man nur, wenn man sie im Licht züchtet. Und zwar nicht mit gewöhnlichem weißem Licht, sondern nur mit einem Überschuss an tiefrotem Licht.“ „, erklärt er.

Der Inhibitor hemmte

Die Forscher untersuchten auch, wie dieser Mechanismus auf genetischer Ebene funktioniert.

„Es gibt bestimmte Proteine, die die Empfindlichkeit von Pflanzen gegenüber Cytokinin hemmen. Die Gene, die diese Proteine ​​codieren, werden selbst gehemmt, wenn sie tiefrotem Licht ausgesetzt werden. Mit anderen Worten: Der Inhibitor wird gehemmt. Und genau das stimuliert die Empfindlichkeit. Auch diese sind sehr neu.“ Erkenntnisse“, sagt Pierik.

Die Architektur von Nutzpflanzen kann sehr wichtig sein.

„Das haben wir aus der Grünen Revolution gelernt. Das führte zu viel höheren Erträgen, weil Agronomen mit dem Anbau von Reis- und Weizensorten begannen, die weniger Energie in das Längenwachstum und mehr in die Körner stecken. Solche neuen Erkenntnisse können Agronomen und Landwirten dabei helfen, eine bessere Produktion bei Nutzpflanzen wie diesen zu erzielen.“ Gerste, Weizen, Mais und Reis“, schließt er.