Signalisiert „gestresste“ Pflanzen

Ein Pflanzenwissenschaftler der University of Missouri hat eine neue Methode zur Messung von Stress bei Pflanzen entdeckt, der zu einer Zeit auftritt, in der Pflanzen aufgrund extremer Wetterereignisse mehreren Stressoren durch Hitze, Dürre und Überschwemmungen ausgesetzt sind.

Die Entdeckung beinhaltet eine einst verleumdete Sammlung von Molekülen, die als reaktive Sauerstoffspezies (ROS) bezeichnet werden und von allem produziert werden, das Sauerstoff verwendet, wie Tiere, Menschen und Pflanzen. Aber Ron Mittler von der MU hat eine erlösende Eigenschaft von ROS entdeckt – ihre Rolle als Kommunikationssignal, das anzeigen kann, ob Pflanzen gestresst sind.

„Wenn Stressfaktoren wie Hitze und Trockenheit zusammenkommen, haben Pflanzen kein Grundwasser, aus dem sie schöpfen können, also schließen sie die Spaltöffnungen [leaf pores], und dadurch werden die Blätter sehr heiß“, sagte Mittler, dessen Berufung an der Hochschule für Landwirtschaft, Ernährung und natürliche Ressourcen liegt. „Deshalb ist die Kombination aus Trockenheit und Hitze wirklich gefährlich, weil die Blatttemperatur viel höher ist als mit einer Pflanze, die nur Hitze ausgesetzt ist. Die Veränderung kann irgendwo zwischen zwei und vier Grad liegen, und das kann über Leben und Tod entscheiden.“

Pflanzenstress ist auch mit Ernteverlusten verbunden, aber die bisherige analytische Forschung zu diesem Thema hat sich in der Regel darauf konzentriert, wie Pflanzen auf nur einen Stressfaktor reagieren. Mittler sagte jedoch, dass die Überlebensrate einer Pflanze dramatisch sinken wird, wenn die Anzahl der Stressoren weiter auf drei bis sechs verschiedene Stressoren ansteigt. Der Schlüssel, sagte er, sei es, die ROS-Werte unter Kontrolle zu halten. Entweder zu viel oder zu wenig kann schädlich sein, aber ein optimales ROS-Niveau kann als lebenslang sicher angesehen werden.

Süchtig nach Wissenschaft

Geboren und aufgewachsen in Israel, wollte Mittler in seiner Jugend Tierärztin werden. Aber nachdem er sich an der Hebräischen Universität von Jerusalem eingeschrieben hatte, erinnert er sich, dass er Ende der 1980er Jahre einen Sommer als Student in einem Landwirtschaftslabor verbracht hatte, wo er von der Wissenschaft „süchtig“ wurde – insbesondere von der Rolle von ROS in Pflanzen. Seitdem beschäftigt sich Mittler mit ROS.

„Zu dieser Zeit versuchten wir herauszufinden, warum bestimmte Zelllinien resistenter gegen Salzgehalt waren als andere“, sagte er. „Das war mein allererstes wissenschaftliches Forschungsproblem. Aber dann habe ich angefangen, mich mit Wüstenpflanzen zu beschäftigen und von dort aus mit reaktiven Sauerstoffspezies und Blaualgen.“

Die Studie wurde veröffentlicht in Nature Reviews Molekulare Zellbiologie.